Pro темную материю

Но возникали и проблемы. Вселенная заполнена материей. Материя притягивает другую материю с помощью гравитации. Поэтому Вселенная должна сжиматься. Так почему она не сжимается? Первым этот вопрос Ньютону задал Ричард Бентли (1662–1742), английский богослов, филолог и критик, в 1692 году. Первым ответом Ньютона было равновесие частиц в бесконечном космосе – они находятся в строго определенных местах. Однако в одном из более поздних изданий «Математических начал натуральной философии» Ньютон говорил о божественном участии: «чтобы звездные системы не упали друг на друга в результате работы силы притяжения, Он расположил их на огромных расстояниях друг от друга». Космологию вначале не хотели признавать наукой как раз из-за допуска сверхъестественной причины, предлагаемой для объяснения какого-то явления. Ньютоновская физика – это по сути причина и следствие, материя и движение. Тем не менее в данном единственном случае Ньютон говорил об отсутствии гравитационного взаимодействия между телами в космосе. Сила притяжения действует на расстоянии, а тут сам Ньютон предполагал, что не действует! То есть ньютоновский закон всемирного тяготения не работает на гигантских расстояниях?..

В следующие десятилетия и столетия астрономы открывали все больше фактов о звездных системах. Во-первых, Ньютон считал, что звездные системы неподвижны, но астрономы следующих поколений показали, что звезды находятся в движении относительно друг друга, и вся система не неподвижных звезд, наша галактика, вращается вокруг общего центра, так что про бездействие на дальних расстояниях следовало забыть.

Эйнштейн внес небольшие поправки в теорию Ньютона. Его расчеты на бумаге более точно соответствовали движению небесных тел. Тем не менее ему также требовалось объяснить, почему Вселенная не обрушивается и не сжимается. И Эйнштейн ввел в свою общую теорию относительности греческий символ лямбда (иногда его называют лямбда-член), который означал «в настоящее время неизвестно». Прошло менее десятилетия, и появилась «Вселенная Хаббла» – неожиданное решение проблемы: Вселенная не рушится под собственным весом, потому что она расширяется. То есть можно было обойтись без «божественного вмешательства» Ньютона и лямбды Эйнштейна.

Альберт Эйнштейн и Эдвин Хаббл в обсерватории Маунт-Вильсон

В 1931 году Эйнштейн отправился в обсерваторию Маунт-Вильсон на северо-востоке Пасадены и познакомился с Хабблом. Изучив данные по расширению, Эйнштейн отказался от своей лямбды. В дальнейшем физики со склонностью к философствованию пришли к пониманию проблемы космологии. Она состояла не в предложении сверхъестественной причины («божественного участия»), не в нелогичном следствии (отсутствие действия на расстоянии), а в предположении о статичности Вселенной. Даже Эйнштейн предполагал, что Вселенная со временем не меняется. Но Вселенная снова оказалась не тем, чем казалась! Она не была статичной. Она расширялась, и скорость расширения, по крайней мере в настоящее время, превышает скорость действия силы тяжести.

А что будет дальше? Мы принимаем, что Вселенная расширяется, она заполнена материей, и эта материя притягивает другую материю с помощью силы тяжести, поэтому расширение должно замедляться. Вопрос о том, почему Вселенная не рушится, больше не стоял. Вставал другой: а когда-нибудь вообще придет конец Вселенной?

Джеймс Чедвик, британский физик, открывший нейтрон и фотоядерную реакцию (1981–1974)

Еще со времен открытия Хабблом расширения Вселенной астрономы знали, как измерять замедление расширения, по крайней мере, в принципе. Хаббл использовал соотношение между периодом пульсации цефеид и абсолютной яркостью переменной звезды (чем дольше период, тем ярче переменная звезда), открытое Генриеттой Суон Ливитт, для определения расстояний до ближайших галактик. Он также использовал красное смещение для этих галактик как эквивалент их скоростей, когда они удалялись от нас. Построив график этих расстояний и скоростей, Хаббл пришел к выводу, что они прямо пропорциональны друг другу: чем больше расстояние, тем выше скорость. Чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется. Но расширяется ли Вселенная на одной и той же скорости? У Хаббла получилась прямая линия под углом 45 градусов, и если скорость расширения Вселенной постоянна, она должна оставаться такой, отражая расстояния, видимые в телескоп.

Но Вселенная заполнена материей, и материя притягивается к другой материи, так что расширение не может быть единообразным. Галактики нарушат прямую линию Хаббла. И то, насколько они отклоняются от прямой линии, скажет, насколько они ярче в этом конкретном красном смещении, чем были бы, если бы Вселенная расширялась на постоянной скорости. А то, насколько они ярче, подскажет, насколько замедляется расширение.