Текст книги "Человек, открывший взрыв Вселенной. Жизнь и труд Эдвина Хаббла"

Автор книги: Игорь Новиков

Соавторы: Александр Шаров
сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 15 страниц)

Закон его имени

 Любому серьезному исследователю становилось ясным, что дело не в малом числе известных лучевых скоростей или их недостаточной точности, а в том, как надежно установить расстояния туманностей. Ключ для решения этого кардинального вопроса был в руках Эдвина Хаббла. Он знал работы своих предшественников-астрономов и несомненно верил, что связь между скоростями и расстояниями туманностей существует.

 Хабблу была известна и по крайней мере одна теоретическая работа, предсказывающая зависимость между красным смещением и расстоянием до галактик. Еще в 1926 г. – в статье «Внегалактические туманности» он рассматривал релятивистскую модель Вселенной де Ситтера и, вероятно, уже тогда задумал проверку предсказаний теоретиков, хотя всегда достаточно сдержанно относился к теории.

К концу двадцатых годов космологические модели, основанные на общей теории относительности, были полностью разработаны. Однако они оставались либо вовсе неизвестны астрономам, либо не вызывали у них сколько-нибудь заметного интереса. Вероятно, было несколько причин такого странного положения, когда теоретическое предсказание важнейшего явления природы долго оставляло почти безучастными тех, кто мог проверить предсказание. На первых порах, по-видимому, только Рессел и Шепли в письмах друг другу обсуждали связь теории де Ситтера с возможной зависимостью скорость—расстояние спиральных туманностей и даже шаровых скоплений, казавшихся тогда столь же далекими объектами.

Первая причина, по-видимому, состояла в том, что космологические модели строились на основе общей теории относительности Эйнштейна, которая очень сложна и математически и, самое главное, сложна совершенно новыми понятиями о пространстве, времени и сути гравитационного взаимодействия. В те времена не только астрономы-наблюдатели, но даже и физики-теоретики далеко не сразу осваивались с новыми идеями, не сразу поняли их и научились применять в конкретных исследованиях. Итак, первая причина была в сложности теории и разобщенности между теоретиками и наблюдателями. Вторая причина – психологическая, вероятно, состояла в необычности выводов теории, утверждавшей, например, возможность замкнутости пространства или существование начала эволюции нашего мира в прошлом. Астрономам-практикам, с помощью новых телескопов проникавшим все дальше в глубины пространства, психологически было трудно поверить в реальность таких утверждений, в корне меняющих их общее представление о Вселенной.

Похожая история повторилась сорок лет спустя с предсказанием и открытием реликтового излучения горячей Вселенной.

Вернемся к началу двадцатых годов. В 1922 и 1924 гг. советский математик А. А. Фридман вывел и полностью решил космологические уравнения. Эти уравнения следовали из теории Эйнштейна и описывали общее строение и эволюцию Вселенной в предположении однородности распределения материи в больших масштабах и равноценности всех направлений в пространстве. Основной вывод из решений Фридмана состоял в том, что в общем случае материя в больших масштабах во Вселенной не может находиться в среднем в покое – Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Это заключение было получено Фридманом строго математическим путем, но суть его довольно проста [1]1
  Подчеркнем, что простая интерпретация основных выводов Фридмана, приводимая ниже, была понята далеко не сразу.


[Закрыть]. Единственными силами, которые действуют в однородной Вселенной, являются силы тяготения. Поэтому если представить, что в какой-то момент огромные массы во Вселенной в среднем неподвижны друг относительно друга, то в следующий момент под действием тяготения они придут в движение, вещество начнет сжиматься. Галактики можно рассматривать, как «частички» такого вещества. Конечно, Вселенная не обязательно должна сжиматься. Если вначале задать всем массам скорости удаления друг от друга, то она будет расширяться, а тяготение только тормозит разлет. Будет ли разлет или сжатие, зависит от начальных условий, от процессов, которые определили начальные скорости масс. Правда, Эйнштейн ввел в свои уравнения так называемый Λ-член, описывающий еще один вид сил – гипотетические силы гравитационного отталкивания вакуума. Эти силы должны быть слабы и проявляться только на больших космологических расстояниях. Эйнштейн ввел эти силы специально для того, чтобы построить статическую модель Вселенной без расширения и сжатия. В этом решении силы тяготения вещества уравновешены силами отталкивания. В уравнениях Фридмана также учтен Λ-член. Силы отталкивания, им описываемые, ослабляют силы тяготения вещества [2]2
  Λ-член можно выбрать отрицательным, тогда он описывает дополнительные силы тяготения вакуума. Мы не будем здесь останавливаться на этих возможных вариантах.


[Закрыть]. Но, конечно, чтобы прийти к точному равновесию сил и к модели Эйнштейна, нужен специальный подбор начальных условий. Модель Эйнштейна, предложенная в 1917 г., есть частный случай модели Фридмана. Другим частным случаем является модель де Ситтера, в которой совсем нет тяготеющего вещества и господствуют силы гравитационного отталкивания.

Добавим также, что уравнения Фридмана описывают не только динамику движения масс во Вселенной, но и геометрические свойства пространства, как говорят, степень его искривленности, которая меняется при расширении Вселенной.

Первая работа Фридмана, доказывающая нестатичность Вселенной, была получена редакцией известного немецкого «Физического журнала» в конце июня 1922 г. Эйнштейн был настолько убежден в правильности своей модели, в необходимости статического решения космологических уравнений, что посчитал работу Фридмана ошибочной. В середине сентября 1922 г. редакция «Физического журнала» получила краткую заметку Эйнштейна. В ней он, по выражению академика В. А. Фока, «несколько свысока говорит, что результаты Фридмана показались ему подозрительными и что он нашел в них ошибку, по исправлении которой решение Фридмана приводится к стационарному».

 А. А. Фридман узнал о мнении Эйнштейна из письма своего коллеги по работе в Петрограде Ю. А. Круткова, бывшего в то время в заграничной командировке. В декабре 1922 г. Фридман написал Эйнштейну письмо, в котором подробно излагал суть своих вычислений, убедительно доказывая свою правоту. Письмо заканчивается словами: «В случае, если Вы сочтете правильными изложенные в моем письме расчеты, я прошу Вас не отказать мне в том, чтобы известить об этом редакцию «Физического журнала»; быть может, в этом случае Вы поместите в печати поправку к Вашему высказыванию или предоставите возможность для перепечатки отрывка из этого моего письма».

Хотя Эйнштейн получил письмо (оно сохранилось в его архивах), но, по-видимому, либо не прочел его вовремя, либо не обратил серьезного внимания, будучи уверен в своих результатах.

В мае 1923 г. Крутков встретился с Эйнштейном в Лейдене в доме известного голландского физика П. Эренфеста и в многократных беседах доказал ему правильность выводов советского математика. В письме от 18 мая 1923 г. к сестре в Петроград Крутков писал: «Победил Эйнштейна в споре о Фридмане. Честь Петрограда спасена!»

Сразу же после бесед с Крутковым Эйнштейн направил в «Физический журнал» краткую заметку следующего содержания: «К работе А. Фридмана «О кривизне пространства». В предыдущей заметке я подверг критике названную выше работу. Однако моя критика, как я убедился из письма Фридмана, сообщенного мне г-ном Крутковым, основывалась на ошибке в вычислениях. Я считаю результаты Фридмана правильными и проливающими новый свет. Оказывается, что уравнения поля допускают наряду со статическим также и динамические (т. е. переменные относительно времени) центрально-симметричные решения для структуры пространства».

Так, в 1923 г. Эйнштейн отметил фундаментальную важность теоретического открытия Фридманом нестационарности Вселенной. Однако дальнейший ход событий показал, что, несмотря на публикацию статьи Фридмана в широко читаемом журнале и признание самого Эйнштейна, его работа выпала из поля зрения не только астрономов, но и физиков-теоретиков. Трудно сказать, почему так произошло.

В 1923 г. немецкий математик Г. Вейль отметил, что если в пустую Вселенную де Ситтера, где есть только силы гравитационного отталкивания, поместить галактики со сравнительно малой плотностью так, что их тяготением можно пренебречь по сравнению с силами отталкивания, описываемыми Λ-членом, то они приобретут скорости, пропорциональные расстоянию между ними (для сравнительно небольших расстояний).

Другой теоретик X. Робертсон в 1928 г. пришел к такому же заключению. Более того, сопоставляя расстояния, вычисленные по данным Хаббла 1926 г., со скоростями, полученными Слайфером, он нашел приблизительное подтверждение закона пропорциональности скорости расстоянию. Знал ли Хаббл тогда результаты Робертсона – неизвестно, но установить это несомненно было бы интересно для истории науки.

В 1927 г. ученик А. Эддингтона Дж. Леметр в сущности повторил работу А. А. Фридмана. Как и Фридман, он пришел к заключению о нестационарности Вселенной. Для небольших расстояний Леметр также получил линейную связь между скоростью и расстоянием, которая фактически отражает однородность Вселенной. Найденный им коэффициент пропорциональности оказывается близким к коэффициенту, вскоре полученному Хабблом.

Однако в начале своей работы и сам Хаббл и другие непосредственные участники первых обсуждений его открытия не знали или не помнили всех теоретических исследований. Вероятно, только модель де Ситтера с предсказываемым ею разбеганием галактик в почти пустой Вселенной, а также статическая модель Эйнштейна были единственными схемами, которые принимались тогда во внимание.

В жизни Хаббла приближался звездный час. Прежде всего он хотел убедиться в том, что у туманностей все более далеких лучевые скорости продолжают расти. Скромный телескоп Слайфера для этой цели уже не годился. Решить задачу можно было только на Маунт Вилсон, где находился крупнейший в мире инструмент и работал искусный наблюдатель Милтон Хьюмасон.

Примерно за год до главного дела своей жизни Хаббл составляет список очень слабых и, вероятно, очень далеких туманностей, у которых следовало бы измерить лучевые скорости, а Хьюмасон снимает спектр туманности NGC 7619 – члена скопления в Пегасе. Упорно, ночь за ночью наводит он щель спектрографа на один и тот же объект, чтобы накопить нужные экспозиции в 36 и 45 часов. Наконец, спектр получен и измерен. Линии поглощения в спектре туманности оказались смещенными в красную сторону и ее лучевая скорость составила 3779 км/с. Это был успех, которого с нетерпением ждал Хаббл.

Теперь следовало спешить. Семнадцатого января 1929 г. в «Труды» Национальной академии наук одновременно поступили две небольших статьи. Одна – Хьюмасона с сообщением об измерении скорости NGC 7619. Другая – также небольшая, всего в 6 страниц статья Хаббла «Связь между расстоянием и лучевой скоростью внегалактических туманностей». Эту краткую статью наряду с немногими другими, следует считать одной из самых выдающихся работ за всю историю астрономии. В марте номер «Трудов» вышел в свет.

 «Определения движения Солнца относительно внегалактических туманностей,– так начал Хаббл свою статью, – содержат К-член в несколько сотен километров в секунду, по-видимому, являющийся переменным. Можно думать, что объяснение этого парадокса состоит в корреляции между видимыми лучевыми скоростями и расстояниями, однако до сих пор такой результат оставался недоказанным. Настоящая статья представляет собой пересмотр вопроса, опирающийся исключительно на те расстояния туманностей, которые считаются достаточно надежными».

В распоряжении Хаббла было 46 лучевых скоростей, от отрицательных у самых близких галактик – туманности Андромеды, ее спутников и туманности Треугольника, до положительных, достигавших 1000 км/с у более далеких объектов. Порой невольно думается, что Хаббл обладал даром предвидения и заранее знал, что понадобится ему через несколько лет. Сейчас настало время использовать очень важные результаты 1926 г.: ярчайшие звезды в туманностях оказались примерно одинаковой светимости. Близкими друг к другу были светимости и самих исследованных Хабблом галактик. У двадцати четырех туманностей с известными расстояниями лучевые скорости были уже измерены. Четыре из них с самыми большими скоростями, входили в состав скопления в Деве.

Учитывай или не учитывай движение Солнца, простое сопоставление скоростей и расстояний с несомненностью убеждало, что зависимость существует (рис. 2). Значит, в кинематическое уравнение действительно нужно вводить K-член, по пропорциональный расстоянию – Kr. Из решения уравнений следовало, что Солнце со скоростью примерно в 280 км/с летит в направлении созвездия Лиры, к яркой звезде северного неба Беге. Главный же результат состоял в том, что числовой коэффициент при расстоянии получился вполне уверенным. Из двух несколько разных решений он составлял примерно + 500 км/с на мегапарсек. Это означало, что туманности разлетаются во все стороны от нас и друг от друга, а их скорость действительно линейно нарастает с расстоянием. К оставшимся двадцати двум туманностям с из постными движениями по лучу зрения, но без данных– о расстояниях, можно было подойти по-разному. Во-первых, попытаться прикинуть расстояния по их видимой величине. Хаббл так и поступил, и его кинематический результат практически не изменился: +530 км/с на мегапарсек. Задачу можно было и обернуть: считать зависимость между скоростью и расстоянием известной, определить по пей расстояния и затем оценить абсолютные величины туманностей. В среднем их абсолютная величина оказалась равной —15,3 ^m, т. е. тому значению, которое Хаббл уже получал раньше по туманностям с известным расстоянием. Противоречий не было. «Результат устанавливает примерно линейную связь между скоростями и расстояниями туманностей, для которых ранее были опубликованы лучевые скорости...», – таким был основной вывод Хаббла. «Для того чтобы исследовать проблему для много больших расстояний, мистер Хьюмасон на Маунт Вилсон начал программу определения скоростей самых далеких галактик, доступных для уверенных наблюдений». И скорость первой же далекой галактики по зависимости Хаббла соответствовала такому расстоянию, что ее абсолютная звездная величина совпала с величинами ярчайших членов скоплений галактик. В самом конце своей статьи Хаббл четко заявил о глубоком смысле своего результата: «зависимость скорость—расстояние может представлять эффект де Ситтера и, следовательно, ... количественные данные становится возможным привлечь к рассмотрению общей кривизны пространства».

Рис. 2. Диаграмма Хаббла – первая, построенная им зависимость между лучевыми скоростями галактик и их расстояниями (1929 г.)

Коэффициент пропорциональности в этой зависимости сам Хаббл обозначал буквой К. В дальнейшем в честь Хаббла его стали называть постоянной Хаббла и обозначать буквой Н. Первым, кто назвал пропорциональность красного смещения расстоянию галактик «зависимостью Хаббла» был, по-видимому, профессор Калифорнийского технологического института Ричард Толмен, известный теоретик, специалист по применению общей теории относительности в астрономии. Он сделал это в своей статье «Об астрономических применениях де Ситтеровского линейного элемента для Вселенной». В ней Толмен говорит о зависимости красное смещение – расстояние, как о хорошо установленном факте, относящемся к миру галактик. Любопытно, что статья Толмена датирована 25 февраля 1929 г., а работа Хаббла была опубликована только в выпуске журнала от 15 марта. Видимо Толмен уже знал о ней до опубликования. Удивляться этому не приходится—офис обсерватории Маунт Вилсон располагался в Пасадене, в том же городе, где и институт, и ученые хорошо знали друг друга.

Прошло несколько лет, и о зависимости скорость-расстояние Милн и другие писали уже как об известном всем законе Хаббла.

Как и о первом, о новом замечательном достижении Хаббла для всех, интересующихся наукой, у нас впервые на страницах популярного журнала рассказал тот же В. Мальцев. Но оригинальную работу Хаббла он явно не читал и его изложение довольно туманно.

В двадцатых числах июня на съезде Американского астрономического общества в Беркли Хаббл рассказал о попытке определить расстояние большого скопления галактик в созвездии Волосы Вероники. Здесь на площади в десяток лунных дисков находилась тысяча туманностей, ярчайшие из которых визуально наблюдались еще лет за 70 до Хаббла. Если принять для них оцененную Хабблом среднюю абсолютную величину, скопление оказывалось на расстоянии 16 миллионов парсеков, в семь раз дальше скопления в Деве. Свет от него шел до Земли 50 миллионов лет.

Весной 1929 г., преодолевая огромные трудности, Хьюмасон и Пиз измеряют лучевые скорости трех туманностей в Волосах Вероники. Эти туманности были уже намного слабее наблюдавшихся Хьюмасоном в Деве. С разбросом в 1200 км/с их скорости группировались к значению 7500 км/с.

Рессел, всегда живо откликавшийся на новости астрономии, в популярном журнале «Сайентифик америкэн» тогда писал: «Существование странного эффекта расстояния представляется подтвержденным. Если зависимость действует и дальше, то спектры должны стать совсем необычными. Можно сфотографировать туманность вдесятеро дальше хьюмасоновской [NGC 7619]. Тогда ее скорость достигнет 40 000 км/с и линия натрия из желтой сместится в красную часть спектра. «Что все это значит? Мир туманностей расширяется?» – спросит читатель. Наилучший ответ,– продолжал Рессел,– заключается в теории замечательного голландского астронома де Ситтера. Если туманности сперва были близки, то с начального момента они будут удаляться друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию, как на это и указывают исследования Хаббла. Однако признать теорию де Ситтера без оговорок преждевременно. Философски неприемлемо, чтобы все галактики прежде были вместе. На вопрос– «почему?» ответа мы не находим».

Наступило лето 1929 г. и Хаббл по обыкновению отправился на отдых в горы Сьерра-Невада, а когда вернулся, обнаружил у себя бандероль с очередным майским «Бюллетенем Астрономических институтов Нидерландов», со статьей де Ситтера «О звездных величинах, диаметрах и расстояниях внегалактических туманностей и их видимых лучевых скоростях». Это была подробная и основательная статья как раз о том, чем занимался Хаббл уже несколько месяцев. Но с наблюдательной точки зрения ничего нового она не содержала, да и не могла содержать. Новых лучевых скоростей у де Ситтера не было, звездные величины он брал из литературы. Лишь оценки расстояний де Ситтер комбинировал из данных Хаббла, только что опубликованных, Лундмарка – из работы 1927 г. и из небольшого числа других источников. Естественно, де Ситтер получил практически те же результаты, что и Хаббл. Пожалуй, единственное, что отличало их работы – стремление де Ситтера сразу же увидеть теоретические следствия расширения наблюдаемой Вселенной. Именно это вызвало интерес астронома-наблюдателя Хаббла, но поспешность теоретика явно задела его самолюбие и в письме де Ситтеру он вынужден был твердо заявить: «...в «Бюллетене» № 185 есть момент, к которому я решаюсь привлечь Ваше внимание. Возможность зависимости скорость – расстояние туманностей носилось в воздухе уже годами. Я полагаю, впервые упомянули о ней Вы. Но наша предварительная заметка в 1929 г. была первым представлением материала, когда разброс по сравнению с диапазоном расстояний оказался достаточно малым, чтоб зависимость установить стало возможно. Более того, в этой заметке мы объявили программу с целью проверки зависимости на больших расстояниях, используя всю мощь 100-дюймовика. Работа очень трудна, но мы испытываем удовлетворение, поскольку результаты неизменно подтверждают первоначальную зависимость. По этим причинам – я считаю зависимость скорость – расстояние, ее формулировку, проверку и подтверждение маунтвилсоновским достижением и глубоко заинтересован в ее признании как таковой... Мы всегда предполагали, что когда -опубликованы предварительные результаты и объявлена программа их дальнейшей проверки, первое обсуждение новых данных естественно принадлежит тем, кто действительно выполнил работу. Должны ли мы сделать вывод, что Вы не придерживаетесь подобной этики, что нам следует хранить наши наблюдения в секрете? Конечно, здесь некое недоразумение». Де Ситтер был несколько задет тоном письма Хаббла, но в дальнейшем их переписка оставалась дружественной. Правоту Хаббла де Ситтер полностью признал.

Теоретическая интерпретация открытия Хаббла в рамках модели де Ситтера встречала очевидные трудности, так как модель предполагала пренебрежимо малую среднюю плотность вещества во Вселенной. Распределение же галактик в пространстве показывало, что плотность отнюдь не мала. В это время Леметр написал Эддингтону письмо с напоминанием о своей работе 1927 г. о расширении Вселенной с конечной (не пренебрежимой) средней плотностью вещества. Эддингтон сразу же увидел, что модель Леметра дает теоретическое объяснение выводов Хаббла. Он сообщил об этом де Ситтеру и оба знаменитых теоретика горячо приветствовали работу Леметра. Фридмана в это время уже не было в живых и о его пионерских и исчерпывающих работах, к сожалению, не вспомнили. Так получилось, что Леметр был провозглашен «Отцом теории расширяющейся Вселенной». Фортуна ему улыбнулась. Только спустя многие годы приоритет Фридмана стал постепенно восстанавливаться и в настоящее время общепризнан. Вспомним в связи с этим еще раз Эйнштейна. В 1931 г. о теории расширяющейся Вселенной он писал так: «Первым... на этот путь вступил Фридман». А в 1945 г. Эйнштейн добавил: «Последующее представляет собой не что иное, как изложение идеи Фридмана».

Между тем наблюдения Хаббла и других астрономов приносили все новые результаты. Еще работая в Гамбурге, до переезда в Америку, Вальтер Бааде обнаружил в Большой Медведице довольно крупное скопление туманностей. Его члены были заметно слабее, чем в скоплении Девы, и Хаббл смело предсказал, что их лучевая скорость должна быть около 12 000 км/с. Наблюдения Хьюмасона одной из них дали 11 800 км/с!

Фотографируя Нептун для поисков его спутников, Кристи нашел во Льве, недалеко от Регула, еще скопление слабых туманностей. Самая яркая из них, маленькая чуть диффузная звездочка на снимке 100-дюймовика, была на целую величину слабее ярчайшей туманности в скоплении Большой Медведицы. Хаббл и Хьюмасон понимали, что скопление во Льве может оказаться самым далеким объектом, до сих пор известным во Вселенной. Специально переделывается аппаратура, чтобы за приемлемое время снять спектр туманности. И, наконец, результат получен: 19 700 км/с. Достаточно было слабой лупы, чтобы без всяких измерений увидеть, как известные линии Н и К кальция заметно сместились на спектрограмме в красную часть спектра.

Прошли два года напряженной работы. Пора было подводить ее итоги. К марту 1931 г. Хьюмасон и Хаббл подготовили две важнейшие работы. Вскоре они вместе были опубликованы в «Астрофизикл джорнэл». Теперь Хьюмасон мог привести лучевые скорости 46 туманностей – изолированных объектов, а_ также членов скоплений и группировок в Деве, Пегасе, Рыбах, Раке, Персее, Волосах Вероники, Большой Медведице и Льве, для которых Хаббл уже оценил расстояния.

Совместная работа Хаббла и Хьюмасона о новом определении зависимости скорости туманностей от их расстояния была серьезным и основательным исследованием. Опираясь на близкие туманности, в которых известны цефеиды, они еще раз подтвердили, что ярчайшие постоянные звезды в туманностях имеют примерно одинаковую светимость и могут служить индикаторами расстояний. Этот метод, однако, перестает работать, когда туманности столь далеки, что отдельные звезды уже не видны. Но в некотором приближении и абсолютные величины самих туманностей можно считать одинаковыми. А тогда мерой расстояния туманности служит ее видимый блеск.

Работа Хаббла и Хьюмасона содержит много деталей, сейчас уже не очень интересных. Но, если от них отвлечься, главным в ней был новый перечень туманностей с измеренными лучевыми скоростями и видимыми величинами. Теперь можно было приступить к проверке того, сохранится ли зависимость между скоростью и расстоянием, когда скопления туманностей по оценке Хаббла находятся в 32 миллионах парсеков от нас.

Вывод был однозначным: «Ныне наблюдения охватили интервал расстояний примерно в 18 раз больше, чем было в предварительном исследовании, и достигают пределов, доступных имеющемуся оснащению. Но форма корреляции остается неизменной... и, таким образом, зависимость скорость – расстояние представляется общей характеристикой наблюдаемой области пространства. Кроме своего космологического значения, зависимость дает новый метод определения расстояний индивидуальных объектов, причем относительная ошибка фактически уменьшается с расстоянием. Это открывает новые возможности в исследовании туманностей...».

Даже постоянная Хаббла почти не изменилась и вместо 500 км/ (с ∙ Мпк) исследователи получили 560 км/ (с ∙ Мпк).

И все же Хаббл не мог глубоко судить об общих следствиях своего открытия. Он был не теоретиком, а только наблюдателем. Возможно, на него произвела впечатление и работа Цвикки (Калифорнийский технологический институт) , выдвинувшего идею, что красное смещение – это вовсе не следствие движения, а потеря энергии, квантами света на их долгом пути в пространстве. Видно, поэтому они с Хьюмасоном стали особенно подчеркивать, что имеют дело лишь с наблюдаемыми, «видимыми» скоростями галактик. «Мы чувствуем,– писал – в 1931 г. де Ситтеру Хаббл от своего имени и от имени Хьюмасона,– что интерпретацию следует оставлять Вам и еще очень немногим, кто компетентен авторитетно обсуждать предмет».

Прошло еще три года и Хьюмасон измерил лучевые скорости 35 новых туманностей, не входящих в скопления. Теперь у исследователей было 85 туманностей, по которым еще раз следовало бы проверить зависимость между скоростью и расстоянием или, что равносильно ей, – между видимой величиной, как мерой расстояния, и логарифмом лучевой скорости.

Изолированные туманности показали в сущности ту же зависимость, что и туманности в составе скоплений. Только зависимости оказались параллельно смещенными друг относительно друга, что объяснить было нетрудно.

Снова зависимость между скоростями туманностей и их расстоянием подтвердилась. Продолжает ли она действовать и дальше – вопрос, который задавали себе многие. Нужны были новые наблюдения и Хыомасон писал: «Попытка расширить наблюдаемый интервал расстояний путем наблюдения более слабых скоплений туманностей сделана будет. Некоторое расширение, по-видимому, вполне возможно, однако со 100-дюймовым рефлектором предел будет достигаться около 17,5 фотографической величины. Необходимые для слабых туманностей экспозиции не так уже продолжительны, как это следует из их звездной величины, поскольку красное смещение столь значительно, что линии Н и К перемещаются в спектральную область, где фотографическая пластинка особенно чувствительна. Более того, поскольку красное смещение велико, а значительные вероятные ошибки терпимы, можно использовать и еще меньшую дисперсию. Основная трудность заключается в том, что примерно при 17,5 фотографической величине туманность в кассегреновском фокусе 100-дюймового рефлектора настолько визуально слаба, что ее нельзя разглядеть на щели спектрографа».

Пока Хьюмасон получал спектры, Хаббл открывал одно за другим новые более далекие скопления туманностей – в Близнецах и Северной Короне, с ярчайшими объектами почти семнадцатой звездной величины, и в Волопасе, где самая яркая туманность слабее на величину. В 1931 г. почти столь же слабое скопление, снова в Большой Медведице, обнаружил и Вальтер Бааде. Размеры этих скоплений составляли уже не несколько дисков Луны, а небольшие его доли.

В таких далеких туманностях, оставляющих на фотопластинке лишь смутный маленький след, обнаружить какие-либо индикаторы расстояний, не только цефеиды, но и более яркие звезды-сверхгиганты, новые звезды, шаровые и рассеянные скопления, уже совершенно невозможно. Приходилось опираться на видимые звездные величины самих туманностей, полагая, что их истинные светимости достаточно близки. «Общим критерием расстояния, пригодным для всей наблюдаемой части Вселенной, являются полные светимости или, точнее говоря, функция светимости туманностей, т. е. их распределение по светимостям»,—указывал Хаббл. Он вновь берется за проблему светимостей туманностей и двумя способами решает ее. Теперь для проверки закона Хаббла требовались лучевые, скорости все более удаленных туманностей.

В 1936 г. Хьюмасон публикует данные для 100 туманностей и среди них для членов скоплений в Северной Короне, которое, как оказалось, удаляется со скоростью 21000 км/с. В Близнецах измерения дали скорости 23 000 и 24 000 км/с, Волопасе – 39 000 км/с. Рекордную скорость, 42 000 км/с, Хьюмасон измерил у одной из туманностей в скоплении Большой Медведицы. И по-прежнему закон Хаббла оставался в силе.

Но это было уже пределом. Когда на своих пластинках Хаббл нашел скопление в Гидре, еще более слабое и далекое, измерить лучевую скорость даже самой яркой туманности в нем Хьюмасон не смог.

Итак, свои возможности в деле измерения лучевых скоростей 100-дюймовый рефлектор исчерпал полностью. А глубокий вопрос о природе красного смещения в спектрах галактик продолжал оставаться открытым. Необходимо было понять, действительно ли красное смещение вызвано эффектом Доплера, связанным с расширением Вселенной, или, быть может, с каким-то другим неизвестным физическим эффектом, например, «старением» фотонов во время их длительного путешествия в пространстве. В случае реальности расширения, предсказываемого космологической теорией, следовало выявить релятивистские эффекты и определить параметры космологической модели.

В теории расширяющейся Вселенной есть модель, которая выделяется среди других своими свойствами. Прежде всего в ней считается, что Λ-член равен нулю, т. е. силы отталкивания, введенные Эйнштейном для построения теории статической Вселенной, отсутствуют. Модели без Л-члена делятся на открытые и закрытые. В моделях первого типа плотность вещества во Вселенной мала и силы тяготения не в состоянии полностью затормозить разлет вещества – расширение продолжается неограниченно. В закрытых моделях плотность велика, тяготение сильно и останавливает расширение, заставляя затем Вселенную сжиматься. Закрытые модели обладают замкнутым пространством, в открытых моделях пространство бесконечно и в нем справедлива геометрия Лобачевского. Пограничное значение средней плотности вещества во Вселенной получило название критической. Оно определяется постоянной Хаблла и при H = 500 км/(с∙Мпк) примерно равно 5∙10 ^-28г/см ³. Модель с критической плотностью выделена и тем, что ее трехмерное пространство характеризуется геометрией Евклида.