Хаббл. Расширение Вселенной

Введение

Что значит имя Эдвина Пауэлла Хаббла в истории науки, в частности астрономии? Пусть об этом расскажет он сам. В книге «Царство туманностей» (The Realm of the Nebulae, 1936) Хаббл подвел итог своей деятельности, перечислив четыре собственных достижения, которые стали значительным вкладом в астрономию.

— Классификация галактик.

— Доказательство существования так называемых островных вселенных — далеких галактик за пределами Млечного Пути (хотя сам Хаббл никогда не употреблял термина «галактика»), что кардинально изменило наши представления о размерах Вселенной.

— Закон Хаббла: галактики удаляются тем быстрее, чем дальше от нас они находятся.

— Однородность Вселенной.

В этой биографии мы поговорим о семье ученого, формировании его характера, образовании, о его англомании и любви к военному делу, личной жизни и дружбе — обо всем, что поможет нам лучше понять Хаббла как человека. Однако, бесспорно, в нашей книге найдется место описанию основных открытий исследователя, его взаимоотношений с коллегами.

Хотя галактики могут весьма отличаться по форме, основным преимуществом классификации Хаббла является ее простота. Она выделяет эллиптические, линзовидные и спиральные галактики, группируя их в последовательность, известную сегодня как Последовательность Хаббла. Эта классификация используется по сей день, несмотря на то что в ее основе лежит особая длина волны, относящейся к видимому спектру, и не учитывается основной компонент галактик — темная материя. Нельзя сказать, что эта классификация была разработана исключительно Хабблом, и даже при всей ее полезности она занимает не первое место в ряду других, поистине великих его открытий.

Доказательство существования островных вселенных, то есть галактик, или, как их называл сам ученый, внегалактических туманностей, имеет решающее значение для науки, поскольку позволяет оценить колоссальные размеры Вселенной. Если вселенная Кеплера соответствовала Солнечной системе, а вселенная Гершеля была равна нашей галактике, то во вселенной Хаббла наша галактика стала всего лишь маленькой точкой среди миллиардов других галактик.

Самое известное открытие Хаббла — закон, носящий его имя. Этот закон не только устанавливает факт расширения Вселенной, но и уточняет, что скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до нее. В этой фразе есть три ключевых слова: галактика, скорость и расстояние. Для понимания важности закона, предложенного Хабблом, нужно учитывать, что в годы, когда он начал свои исследования, отсутствовало точное понимание термина «галактика», а также еще не были разработаны способы определения расстояния до других галактик: все, что могли сделать ученые, — это измерить скорости некоторых спиральных галактик.

В биографиях ученых всегда привлекают внимание драматические эпизоды и необыкновенные происшествия. Философские и теологические рассуждения в них чередуются с информацией о научных открытиях. Однако Хаббл — представитель современного нам научного мира. Он прожил типичную для XX века жизнь и имел самые обычные привычки, хотя нельзя отрицать, что на личность ученого повлияли как обе мировые войны, так и международная слава и успех. Хаббла можно назвать профессиональным исследователем современности.

Его открытия оставили отпечаток на философии XX века, они повлияли на развитие понимания Вселенной, однако сам Хаббл практически не участвовал в споре, который сам же и развязал. Речь идет о теории Большого взрыва, которая вызвала противостояние, выходящее далеко за пределы астрономии и затрагивающее философию и теологию.

Как и у всех современных исследователей, работы Хаббла перекликаются с идеями других выдающихся ученых его времени. Он основывался на самых последних достижениях своих современников, и его труды, в свою очередь, становились отправной точкой для новых исследований и открытий. Конечно, это вызывает разногласия по поводу первенства того или иного ученого в получении важных результатов. Работы Хаббла можно назвать выдающимися для его времени, но при этом они являются плодом трудов многих людей.

Важно отметить связь между теорией и наблюдением. Можно сказать, что теоретики начала XX века находились на шаг впереди своих коллег-экспериментаторов. Незадолго до описываемых событий Эйнштейн предложил науке новый инструмент для понимания Вселенной — общую теорию относительности, и это позволило нескольким ученым — их было совсем немного — открыть новую страницу в истории науки. Хаббл, работа которого была связана с наблюдениями, познакомился с большинством этих ученых, и беседы с ними подтолкнули его к новым исследованиям. С тех пор развитие науки требует очень тесного взаимодействия коллег, и это зачастую делает практически невозможным определение первенства того или иного ученого, несмотря на точные даты публикаций в специализированных журналах.

В ту эпоху теоретическая наука развивалась в Европе, а экспериментальная — в Северной Америке. Великим ученым, работавшим на стыке этих направлений, часто приходилось пересекать Атлантику. Это путешествие занимало целых 11 дней, поскольку пассажирской авиации в то время не было, однако ученые понимали, что журнальных статей для успешной работы недостаточно. Необходимо видеть своих коллег, говорить с ними, слушать их. На подходе были важнейшие астрономические открытия, но перед тем как доверить их бумаге, исследователи должны были обменяться ощущениями и выслушать друг друга. После таких бесед физики, только что пересекшие океан, могли нарисовать пару закорючек на доске — и этого было достаточно для понимания.

Статична ли Вселенная, как это представлял Эйнштейн в своей первой космологической работе? Или она стационарна, но не статична, как предполагал британский астрофизик Фред Хойл? Был ли на самом деле Большой взрыв, а за ним — расширение, как думали Александр Фридман и Жорж Леметр? Происходит ли это расширение с ускорением, как считал де Ситтер? Конечна ли Вселенная? Какова ее пространственно- временная кривизна? Гомогенна ли Вселенная? Ответы на все эти вопросы дал огромный телескоп Маунт-Вилсона, за которым работал Хаббл. Да, сегодня у нас есть ответы на все эти глобальные и отчасти философские вопросы, и эти ответы оказались в определенном смысле сюрпризом. Кто из философов, наблюдавших за космологическим спором XX века, мог предсказать возможность Большого взрыва, нулевого отсчета, сотворения, как смог это сделать Фридман, или первичного атома, как писал Леметр?

Возможно, лучшим ответом на вопрос о том, как соотносятся теория и наблюдения, стала встреча Эйнштейна и Хаббла. Эйнштейн сразу понял, что измерения Хаббла противоречат его теоретической модели Вселенной, что настоящая Вселенная соответствует модели, которую он отбросил много лет назад, посчитав ее невероятной. Кто мог представить, что Вселенная расширяется, как это следовало из его первых уравнений? Как можно было предполагать подобное до того, как Весто Слайфер и Хаббл доказали это с помощью телескопа?

В молодости Хаббл подавал надежды как атлет, хотя позже он сильно преувеличивал свои достижения. Подобное тщеславие и даже хвастовство исследователь проявлял и вспоминая две мировые войны. Когда тесть ученого узнал, каким был Хаббл до свадьбы, он не мог поверить своим ушам. Хаббл был прекрасным супругом, но отвратительным сыном и братом, он не поддерживал отношений со своей семьей в Миссури, отдаляясь от нее все больше, пока в конце концов эта тонкая ниточка совсем не оборвалась.

С другой стороны, Хаббл был великим ученым, который, по словам Хьюмансона, «знал, чего хотел и как этого добиться». Ему был знаком каждый миллиметр на звездной карте, и он мог заметить незначительное изменение яркости самой слабой звезды галактики Андромеды на фотопластинке. Большую часть жизни он провел, рассматривая эти пластинки. Ученый был упорен и работал без устали. Когда его коллеги после бессонной ночи у телескопа, измученные, зевали и дрожали от усталости, Хаббл чувствовал, что наступает лучшее время суток. Он наблюдал за небом даже в самых катастрофических метеоусловиях.

При этом любопытно, что образование одного из величайших астрономов в области физики и астрономии было довольно скудным. Хаббл в юности изучал право и не имел должной квалификации для того, чтобы разбираться в астрономических достижениях эпохи, однако, несмотря на это, именно он работал на крупнейшем в мире телескопе.

Легендарная работоспособность Хаббла пошла на спад после его встречи с Эйнштейном. Вообще жизнь этого ученого можно разделить на два очень разных этапа: до и после этой встречи. После нее к Хабблу пришли слава и популярность, а за ними последовали почести и награды, доступ в высшее общество, ужины с известными представителями науки и искусства. Он постоянно находился в разъездах: бывал в Англии и Европе, надолго уезжал на рыбалку в Колорадо, много времени и энергии посвящал общественным, культурным и академическим мероприятиям. Телескопом занимался Хьюмансон, не получивший образования, но обладавший неординарным умом.

Директор обсерватории Адамс с трудом мирился с таким поведением своего подчиненного и даже хотел урезать Хабблу зарплату. С какой стати отпуск этого наглеца должен быть больше, чем у других сотрудников? Адамс был вне себя, когда в европейских публикациях Хаббла не обнаружилось никакого упоминания о Маунт-Вилсоне. К счастью, зарплата Хаббла осталась на прежнем уровне — и это вполне справедливо, ведь речь шла о необыкновенном астрономе, который требовал и заслуживал особого отношения и много сделал на благо Маунт-Вилсона и науки. Хаббла не слишком волновали угрозы Адамса: его тесть был одним из самых процветающих банкиров Лос-Анджелеса, так что ученый не испытывал финансовых затруднений. Также он находился в отличных отношениях с учредителями Института Карнеги, от которого Маунт-Вилсон зависел, поэтому конфликт ограничивался вспышками гнева Адамса. Впрочем, шеф отомстил Хабблу, добившись, чтобы тот, несмотря на весь свой научный авторитет, не стал его преемником на посту директора обсерватории.

В биографии Хаббла много темных пятен, однако нет никаких сомнений в том, что он заслуженно занимает свое место в первом ряду великих мыслителей всех времен. От него нам достались такие термины, как закон Хаббла, постоянная Хаббла, поток Хаббла, классификация Хаббла, — этот список можно продолжать очень долго, пока мы не дойдем до телескопа «Хаббл», являющегося в определенном смысле продолжателем трудов великого ученого.

Эдвин Хаббл не получил Нобелевской премии несмотря на безграничную поддержку Субраманьяна Чандрасекара (который, в свою очередь, этой награды удостоился). При жизни Хаббла астрономам Нобелевская премия не присуждалась, а когда ситуация изменилась, ученый скончался, а эта премия не могла быть посмертной. Развитие его научных представлений задокументировано в статьях Хаббла и его переписке с коллегами. При этом он сам мало говорил о себе и своих убеждениях, однако мы располагаем дневником жены ученого — источник, конечно, довольно субъективный, но в то же время уникальный. Также у нас есть воспоминания Элен и Элизабет, младших сестер Эдвина, доживших до преклонного возраста и давших интервью его ранним биографам.

1889 20 ноября в Маршфилде (Миссури) родился Эдвин Пауэлл Хаббл, третий ил восьми детей Джона Пауэлла Хаббла и Вирджинии Ли Джеймс (Дженни).

1896 Умирает сестра Вирджиния, и Эдвин впадает в глубокую депрессию, виня себя в ее смерти.

1900 Умирает дед со стороны матери. Семья переезжает в Уитон.

1906 Эдвин поступает в Чикагский университет на факультет нрава.

1908 Становится помощником в лаборатории Роберта Эндрюса Милликена, будущего Нобелевского лауреата по физике ла 1923 год.

1910 Наблюдает комету Галлея. После получения стипендии Родса изучает право в Оксфорде.

1913 От малярии умирает отец Эдвина. Юноша завершает учебу и возвращается домой, в Луисвилль.

1914 Работает в Йеркской обсерватории.

1916 Хаббл у предлагают место в обсерватории Маунт-Вилсон.

1917 Защищает диссертацию. Записывается добровольцем для участия в Первой мировой войне.

1919 После окончания войны приступает к работе в обсерватории Маунт-Вилсон.

1923 Открывает цефеиду в Туманности Андромеды и дает первую оценку расстоянию до этой галактики.

1924 Женится на Грейс Лейб.

1929 Пишет первую статью, в которой формулирует закон Хаббла.

1931 Выходит вторая статья ученого, посвященная закону Хаббла. В этот год происходит встреча с Эйнштейном.

1934 Дает оценку плотности Вселенной. Получает степень почетного доктора Оксфордского университета. Мать Хаббла умирает.

1940 Получает золотую медаль Королевского астрономического общества и публично объявляет о своей антигитлеровской позиции.

1945 По завершении Второй мировой войны возвращается в Маунт-Вилсон.

1949 Делает первые наблюдения с помощью телескопа в Маунт-Паломаре. Переживает сердечный приступ.

1953 23 сентября умирает от церебрального тромбофлебита.