Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

«Переменный тип Вселенной представляет большое разнообразие случаев. Для этого типа возможны случаи, когда радиус кривизны мира… постоянно возрастает с течением времени. Возможны далее случаи, когда радиус кривизны меняется периодически: Вселенная сжимается в точку (в ничто), затем снова из точки доводит радиус свой до некоторого значения, далее опять, уменьшая радиус своей кривизны, обращается в точку и т.д.».

Возникает масса вопросов.

Что было до начала Вселенной? Почему Вселенная не возникла раньше (или позже)? Что, собственно, про­изошло? Как может гигантская Вселенная, содержащая множество галактик, сжаться в точку? Означает ли тот факт, что Вселенная когда-то не существовала, а затем почему-то возникла, что Вселенную кто-то создал?

Ответов на эти (и другие) вопросы не было.

Альберт Эйнштейн ознакомился со статьей Фридмана. Сначала она ему не понравилась, и он счел теорию ошибочной. Но, изучив внимательно математические выкладки Фридмана, Эйнштейн согласился с тем, что в смысле математики у Фридмана все получилось ­верно. Однако Эйнштейн продолжал считать, что фрид­мановские расчеты, будучи правильными с ­математической точки зрения, не имеют отношения к реальной Вселенной и что Вселенная все-таки стационарна.

По поводу того, стационарна или не стационарна Вселенная, можно было спорить сколько угодно. Модели Фридмана поражали воображение, но казались нереальными. Они утверждали, что среднее расстояние между галактиками должно меняться со временем: либо увеличиваться (если мы находимся на стадии расширения, то есть разлета галактик), либо уменьшаться (если на практике реализуется первая из моделей и мы находимся на стадии сближения галактик). Как принято в науке, любая теория должна проверяться на практике — в ходе экспериментов либо наблюдений. Понятно, что в астрономии опыты поставить невозможно, и значит, все надежды можно было возложить на наблюдения.

Как ответить на вопрос: действительно ли Вселенная расширяется либо сжимается согласно теории ­Фридмана или мир стационарен, как полагал Эйнштейн?

Мы уже обсуждали вопрос о том, что открытие не может быть сделано раньше своего времени. К два­дцатым годам ХХ века такие возможности появились. С помощью новых мощных телескопов, в которые можно было увидеть далекие галактики, и с помощью совершенных спектрографов можно было получить спектры галактик и изучить, не проявляется ли в них эффект Доплера? Нет ли в спектрах галактик смещения линий Фраунгофера в синюю или в красную сторону? Напомним, что синее смещение говорит о присутствии компоненты скорости «к нам» (галактика приближается). Красное смещение свидетельствует о том, что есть компонента скорости, направленная «от нас», то есть галактика удаляется.

Башня стодюймового рефлектора обсерватории Маунт Вилсон в Калифорнии. Этот телескоп был крупнейшим в мире с 1917 по 1948 гг.

В минувшем веке было невозможно выполнить такие измерения, поскольку галактики — объекты из-за своей удаленности крайне слабые, а если тусклый свет далекой галактики к тому же еще и разложить в спектр, то шансов что-то увидеть практически не будет. Поэтому только новый мощный телескоп обсерватории Маунт Вилсон в США с зеркалом диаметром 2,5 метра смог впервые справиться с такой задачей и собрать достаточное количество света от далеких галактик, чтобы его (света) хватило для исследований спектра. Телескоп был оснащен современным (по тем временам) спектрографом. Именно на этом телескопе уже известный нам Эдвин Хаббл (установивший, что наша Галактика — не единственная во Вселенной) приступил к поискам проявлений эффекта Доплера в спектрах галактик.

Обсерватория открылась в 1908 г. в горах севернее Лос-Анджелеса, на высоте более 1700 м. Строительство началось а 1905 г. и шло, невзирая на огромные сложности с доставкой деталей телескопов и строительных материалов на такую высоту. Выбранное место выгодно отличалось благоприятным климатом и чистым прозрачным воздухом, что обеспечивало идеальные условия для астрономических наблюдений.

Такие наблюдения Хаббл выполнил в 1927–1929 годах. Он предполагал, что измерения допле­ровских эффектов в спектрах покажет случайную хаотичную картину распределения скоростей: ­какие-то галактики должны приближаться, ­какие-то удаляться от нашей Галактики. И действительно, оказалось, что линии в спектре ближайшей к нам галактики М31, или туманности Андромеды, смещены в синюю часть спектра, а значит, наша соседка по Вселенной движется к нам встречным курсом со скоростью, близкой к 100 км/с. ­Пройдут миллиарды лет, и две ­галактики объединятся.