Человек с дефектами развития, девушка-инвалид и монах-иезуит входят в бар, или кто открыл закон Хаббла?
Бывают в истории науки открытия, история которых будто выдумана сценаристом. Реликтовое излучение, которое несколько раз открывали и «закрывали» обратно, экзопланеты, за обнаружение которых дали Нобеля, но не тому, гравитационные волны, погоня за которыми растянулась на век. Еще одна из таких историй — появление закона, известного сегодня как закон Хаббла. Она не длилась сто лет, не отмечена несколькими фальстартами или нобелевскими скандалами. Но в ней намешано столько разных и весьма своеобразных персонажей, что просто удивительно, как мимо такой социальной драмы прошел какой-нибудь Netflix. Господа киноделы, дарю историю!
Глава I. Рулетка для космоса.
Одна из главных проблем астрономии и смежных с ней дисциплин — измерение расстояний. Невозможно, знаете ли, взять рулетку длиной в тысячу световых лет и померить, сколько там до туманности Андромеды. Еще во второй половине XVI в. датский астроном Тихо Браге предложил исторически первый метод измерения межзвездных расстояний, основанный на элементарной тригонометрии. Мерим угол направления на звезду дважды с интервалом в полгода, получаем огромный равнобедренный треугольник с большой осью земной орбиты в качестве основания. Посчитать в этом треугольнике высоту - задачка по нынешним временам для восьмиклассника.
Конечно, в действительности все далеко не так просто. Но о сложностях не будем — рассказ и без того обещает быть длинным. Отметим только одну очевидную проблему: таким методом можно измерять расстояния лишь до ближайших звезд. Ведь углы нужно измерять с огромной точностью, тем большей, чем больше расстояние. К слову: у Браге вообще ничего не вышло, поставленную им задачу даже для ближайших звезд решили лишь в позапрошлом веке.
А как же далекие звезды? Ведь для того, чтобы узнать, как ведет себя Вселенная в целом, мало измерений в масштабах сотен световых лет.
Встречайте- первая героиня эпоса. Генриетта Суон Левитт. На дворе самое начало двадцатого века, а эта сильная независимая умудряется совершить нечто невиданное. Двадцатипятилетняя женщина, практически лишенная слуха после перенесенной в студенчестве инфекции, начинавшая работать буквально бесплатно у гендерного узурпатора Уильяма Пикеринга в обсерватории Гарварда. Ну чем не центральный персонаж голливудской драмы?
Впрочем, к черту иронию. Открытие, совершенное этой дамой по итогам девятилетней работы с 1903 по 1912 г, без всяких шуток грандиозно, смело можно ставить на одну полку с коперниканским переворотом и открытием естественного отбора. И я понятия не имею, почему рассказа об этом интеллектуальном триумфе до сих пор нет в школьных учебниках. Как знать, может и в самом деле не обошлось без влияния того факта, что госпожа Левитт не была господином.
А суть вот в чем. Есть такие звезды - цефеиды. Один из многих классов переменных, ничего примечательного. Не было ничего примечательного, пока Левитт, проанализировав сотни фотопластинок, не обнаружила связь между периодом колебаний их яркости и собственной светимостью. То есть, тем, как много звезда излучает энергии. Теперь по периоду пульсации цефеиды можно оценить ее истинную светимость. А сравнив с ней светимость наблюдаемую - определить расстояние. Ведь объект предсказуемым образом - по квадратичному закону - тускнеет с ростом расстояния до него. Впервые человечество получило в распоряжение рулетку, способную померить межгалактические расстояния. Это настолько революционный метод, что сам Хаббл неоднократно подчеркивал неоценимый вклад Левитт в развитие космологии. Первооткрывательницу даже номинировали на Нобелевскую премию, но своего билета в Стокгольм Генриетта Левитт не дождалась — она умерла в 1921 году от рака желудка.
Метод оценки расстояний, предложенный Левитт, стал известен как метод стандартных свечей. Позже его расширили на сверхновые типа Ia - куда более яркие объекты, чем цефеиды, они заметны с гигантских космологических расстояний. Комбинируя метод сверхновых и цефеид, можно с приемлемой точностью измерять расстояния в миллиарды световых лет.
Глава II. «Если бы опыт провалился, мне было бы жаль Господа, ведь теория все равно верна».
Представьте себе юношу. Родился с аномальным строением черепа, отставал в развитии от нормы на несколько лет ( полноценную членораздельную речь освоил к семи годам — вдвое позже возрастной нормы), с большим трудом учился в начальной школе. Не с первой попытки поступил в вуз, после его окончания работал скромным клерком, исполняя вовсе не самую интеллектуальную работу. А в возрасте 24 лет за один неполный год опубликовал пять научных работ, перевернувших науку настолько, что можно смело сказать: до этого странного чудака физика была буквально в пеленках.
Еще одна повесточная история от Голливуда? Да нет, правда жизни. Этим юношей был…
Да, вы уже догадались. Альберт Эйнштейн, куда ж без него? Человек-парадокс, освоивший Канта и Евклида через три года после своих первых внятных слов, работавший офисным планктоном в бернском патентном бюро, а в свободное от работы время в качестве хобби готовивший революцию в науке, сравнимую разве что с вкладом Ньютона.
В 1915 г. Он публикует общую теорию относительности — концепцию, своей революционностью до сих пор многим не дающую покоя. По ней пространство и время — ипостаси одной сущности, зависимой от распределения энергии. Уравнения ОТО описывают гравитацию не как силу, а как геометрические законы нашей Вселенной. Кстати, об истории экспериментального подтверждения этой теории таки есть фильм — «Эйнштейн и Эддингтон». Именно по поводу проведенного вторым заглавным героем ленты опыта Эйнштейн и сказал фразу, вынесенную в заголовок главы. Да, уверенности в себе этому господину было явно не занимать.
Работа Эйнштейна в 1922 году попала в руки Александру Александровичу Фридману. Эксперименты с именами не были в традициях его рода. Догадаетесь, кстати, как звали сына этого физика-теоретика? Ага - Александр Александрович Фридман. Целая династия тезок македонского царя.
Фридман решает уравнения ОТО для Вселенной как целой системы. И получает вывод, мягко говоря, удивительный. Дело в том, что в те времена казалось бесспорным представление о Вселенной как стационарной системе. Размер, концентрация материи в такой модели в среднем должны быть стабильными. Фридман показывает, что это противоречит ОТО, в справедливости которой уже три года ни у кого нет особых сомнений ( гусары, молчать про свой эфир!).
Оказывается, Вселенная не может быть стационарной. Она либо расширяется, либо сжимается. Вывод Фридмана так удивил Эйнштейна, что тот не поленился переписать теорию, добавив в уравнения слагаемое, устраняющее необходимость в отказе от стационарной модели. Между теоретиками развернулась горячая полемика, разрешить которую можно было только практикой.
Глава III. А все-таки, она расширяется!
Научившись, благодаря работам Левитт и последователей, измерять расстояния по стандартным свечам, люди получили возможность соотнести скорости галактик относительно Земли и расстояния до них. В 1916-1917 гг. три последовательные работы Весто Слайфера и Джорджа Паддока, посвященные этому вопросу, выдают результат: все туманности ( так в те годы называли галактики), за исключением туманности Андромеды, удаляются от нашей планеты. Это было установлено на основании того факта,что спектр излучения далеких галактик смещается в сторону увеличения длин волн. Часто в научпоп-контенте этот эффект сравнивают с тем, как звук быстро удаляющегося автомобиля становится ниже. При этом чем дальше туманность, тем быстрее она удаляется. В работе 1917 г. Слайфер установил, что убегают галактики не только от нас, но и друг от друга. По сути, это уже был почти точно сформулированный закон Хаббла. Однако, не хватало последнего кирпичика — не было понятно, какова причина этого разбегания. Имеем ли мы дело с неким фундаментальным законом природы, или это просто такое хитрое совпадение и погрешность выборки?
В 1927 году в этот наш бар заходит Джордж Леметр. Бельгийский монах-иезуит, видный христианский апологет. Короче, человек, максимально далекий от типичного стереотипного образа естествоиспытателя. Однако поди же ты: он не только фактически заново переоткрывает модель Фридмана, которую не особенно читали в Европе, но и, опираясь на работы Паддока и Слайфера, устанавливает математическую зависимость скорости галактики от расстояния до нее — 625 км/с на мегапарсек. Факт расширения Вселенной получает и практическое подтверждение, и мощное теоретическое обоснование. Путь к формулированию основного закона современной космологии пройден до конца.
Стоп, погодите. А где же в этой картине место для Бога Хаббла? Круто получается — вся история открытия закона обошлась без единого упоминания того, в честь кого он назван!
1928 г. Почти год спустя после работы Леметра. Эдвин Хаббл только приступает к работе по спектрометрии далеких галактик. И только в 1929 публикует результаты. Причем, в отличие от Леметра, Хаббл сам долго не понимал, что именно он открыл. В его ранних работах эффект разбегания галактик объяснялся свойствами геометрии Вселенной - якобы само пространство устроено так, что искажает спектр удаленных галактик ( для интересующихся подробностями: это называется геометрия Де Ситтера. Очень популярная в те времена модель, впоследствие оказавшаяся ошибочной).
Так все-таки, почему закон Хаббла, если открыл и объяснил его Леметр? Мировой заговор атеистов против иезуитов? Хорошая идея для нового романа Дэна Брауна, но нет.
Во-первых, работа Леметра была написана на французском языке, на котором читало куда меньше специалистов. Труд попросту остался малоизвестным. То есть, наша история - еще немного и о языковой дискриминации. Ну а во-вторых, Хаббл, работая с самым совершенным телескопом своего времени - стодюймовым рефлектором Хукера - получил гораздо более чистые данные. Его выкладки были попросту сильнее с точки зрения статистики.
Глава IV. Как вас теперь называть?
30 августа 2018 г на ассамблее международного астрономического союза большинство делегатов согласилось отныне считать закон Хаббла законом Хаббла-Леметра. Такое вот торжество исторической справедливости более чем с вековым лагом. Или не такой уж справедливости?
Ну, во-первых, хронологически правильнее было бы тогда уж говорить о законе Леметра-Хаббла. Во-вторых, куда господа астрономы дели фамилии всех других причастных? А это далеко не только упомянутая госпожа Левитт и господа Слайфер и Паддок. Я постарался быть кратким, и потому в моем рассказе просто не нашлось места — и, возможно, зря — вкладу Карла Вирца, Георгия Гамова, Фреда Хойла, Гебера Кёртиса… если всех, кто в этой эстафете принял участие, вместе собрать - никакого бара не хватит.
И потом, закон Хаббла ведь в этом смысле далеко не одинок. В начале я уже упомянул, как несколько раз открывали и закрывали реликтовый фон. И с гравитационными волнами также было. Да блин, если теория относительности - заслуга исключительно Эйнштейна, как туда попали преобразование Лоренца и интервал Минковского?
Пожалуй, это нас подводит к основному выводу. А так ли уж важно, как и в честь кого называть принципы, законы, модели? Есть некоторый забавный символизм в том, что чуть больше чем за месяц до той самой ассамблеи международного астрономического союза совершила свой первый старт ракета Falcon Heavy. Теслу, запущенную к Марсу, наверняка многие помнят. Так вот на приборной панели этого автомобиля была сделана надпись: « изготовлено на Земле. Людьми». Как по мне, лэйбл настолько крут, что его можно смело клеить на любой учебник любой науки и не париться.
