Майкл Брукс - Тринадцать вещей, в которых нет ни малейшего смысла
Кроме нее, есть еще и темная энергия. Когда Альберт Эйнштейн показал, что масса и энергия подобны двум сторонам медали и одна может быть преобразована в другую по формуле Е = mc2, он тем самым невольно создал наиболее каверзную из всех проблем современной физики. «Темная энергия» — название, используемое учеными для той призрачной сущности, что заставляет ткань Вселенной расширяться все быстрее, образуя все больше пустого пространства между галактиками. Примените уравнение Эйнштейна для преобразования энергии в материю, и окажется, что темная энергия составляет 70 процентов массы космоса (а после его открытий массу — энергию и приходится рассматривать как двуединое целое). Никто не знает, откуда берется эта энергия, какова ее природа, будет ли она без конца ускорять разбегание Вселенной или выдохнется когда-нибудь. Как только дело доходит до главных элементов, составляющих мироздание, остается разводить руками. Знакомый мир атомов, из которых сделаны мы сами и все наше окружение, — лишь мизерная доля вселенской массы — энергии. Весь гигантский «остаток» — загадка, ждущая своего решения.
Как мы об этом узнали? Благодаря навязчивому стремлению одного человека открыть жизнь на Марсе. В 1894 году богатый массачусетский промышленник Персиваль Лоуэлл загорелся идеей, что на Красной планете существует развитая цивилизация. Презрев издевки ученых современников, Лоуэлл захотел найти неопровержимое астрономическое доказательство своей мечты. Он разослал агентов во все уголки Соединенных Штатов и в конце концов решил, что для выбранной цели идеально подходит ясное небо Аризоны в окрестностях Флагстаффа. Промаявшись несколько лет с небольшими телескопами, Лоуэлл купил у изготовителей в Бостоне огромный по тем временам 60-сантиметровый рефрактор и доставил его во Флагстафф по железнодорожной ветке из Санта-Фе.
Так началась эпоха большой астрономии. Телескоп конструкции Элвина Кларка, обошедшийся в двадцать тысяч долларов, был установлен в куполе среди величавых сосен, в конце крутой тропинки на вершине Марсианского холма, названного в честь путеводной звезды Лоуэлла. Этот прибор основательно вошел в историю: в 1960-е годы он применялся для определения самых подходящих точек высадки на Луну астронавтов по программе «Аполлон». Но еще задолго до того не по годам серьезный и задумчивый молодой человек по имени Весто Мелвин Слайфер употребил телескоп Кларка в качестве «заводной ручки» всей современной космологии.
Слайфер родился в 1875 году в фермерской глубинке штата Индиана. В 1901 году, окончив университет с дипломом инженера-механика и астронома, он приехал во Флагстафф как помощник Персиваля Лоуэлла. Лоуэлл нанял его на короткий срок, да и то с неохотой, только ради одолжения своему старому учителю. Но договоренность пошла насмарку: бывший ассистент покинул обсерваторию пятьдесят три года спустя, уйдя на покой с директорского поста.
Хотя к мании своего босса Слайфер относился не без сочувствия, охота на марсиан его не слишком занимала. Гораздо сильнее Слайферу хотелось понять, как неразумные сферы, слепленные из газа и пыли — звезды и планеты, — перемещаются по Вселенной. Одной из самых больших загадок для астрономии того времени были спиральные галактики. Эти слабые мерцания в ночном небе представляли собой, по мнению одних, обширные скопления звезд — «острова Вселенной», как некогда назвал их философ Иммануил Кант. Другие считали их просто отдаленными планетными системами. И вот парадокс: исследования Слайфера, решив эту загадку, в итоге заставили нас озаботиться не столько тем, что мы видим своими глазами, сколько тем, чего мы увидеть никак не можем.
В 1917 году, когда Альберт Эйнштейн вносил последние штрихи в свой «кондуит Вселенной», ему недоставало для полной ясности одного эмпирического факта, который связал бы всю картину в единое целое. Ко всем астрономам мира он обращался с одним и тем же вопросом: космос расширяется, сжимается или пребывает в равновесии?
Уравнения Эйнштейна описали, как ведет себя пространство — время (трехмерное пространство плюс временное измерение, в совокупности образующие ткань Вселенной) во взаимодействии с массой — энергией, заключенной в этих пределах. Из первоначальных уравнений следовало, что Вселенная может либо раздвигаться, либо уплотняться под воздействием гравитации. Если же космос статичен, это означает наличие еще некоторого фактора, «расталкивающего» материю, которую сила притяжения стремится сжать. Эйнштейна такая мысль нисколько не тешила: если законы тяготения применительно к массе — энергии вполне обоснованны, то для существования каких-то противодействующих сил не было ни малейшего резона.
К несчастью для него, все астрономы в то время считали Вселенную равновесной. Вот и пришлось, скрепя сердце, вписать в систему уравнений «антигравитационный» член для удерживания массы — энергии, обозначив его греческой буквой лямбда. Это добавление впоследствии получило известность как космологическая константа (поскольку предполагалось, что ее влияние начинает ощущаться лишь на расстояниях в световые годы, а в пределах Солнечной системы оно пренебрежимо мало) и было сделано с множеством извинений и оговорок. По признанию самого Эйнштейна, космологическая постоянная «не подтверждается нашим действительным знанием о гравитации». Появилась она единственно затем, чтобы свести концы с концами в уравнениях статичной Вселенной. Жаль, никого в тот момент не заинтересовали расчеты Весто Слайфера.
Слайфер воспользовался телескопом Кларка, чтобы установить, перемещаются ли галактики относительно Земли. Для этого он применил спектрограф — прибор, который разлагает свет, попадающий в телескоп, на хроматические составные части. Анализируя спектры свечения далеких галактик (как думали в то время — спиральных туманностей неясной природы), Слайфер обнаружил, что цветовые составляющие света изменяются в зависимости от того, приближается к нам туманность либо удаляется от нас. Видение цвета — это наш способ воспринимать частоту электромагнитного излучения в оптическом диапазоне, а частота эта — не что иное как количество световых волн в единицу времени. Когда мы любуемся радугой, то видим излучение разных частот. Фиолетовый цвет соответствует относительно высокой частоте и малой длине волн, красный — наоборот; все остальные занимают определенные места между красным и фиолетовым.
Добавив к этому фактор скорости движения, мы получаем так называемый эффект Доплера: частота светового излучения меняется таким же образом, как частота (длина) звуковых волн, испускаемых автомобильной сиреной, когда карета «скорой помощи» проносится по улице мимо нас. Если бы радуга, как та машина, надвигалась на наблюдателя с огромной скоростью, то ее спектральные линии сместились бы в фиолетовую зону: количество волн, принимаемых каждый миг, растет по мере приближения. Это называется фиолетовым или синим смещением. Если же источник света помчится прочь, то количество волн будет ежесекундно сокращаться, а частота излучения — сдвигаться в красную зону: это красное смещение.
То же самое происходит со светом далеких звезд. Если «туманность» двигалась к телескопу Слайфера, то в ее свечении обнаруживалось фиолетовое смещение. Галактики, удаляющиеся от Земли, давали красное смещение. Величина смещения позволяет судить о скорости движения.
К концу 1912 года Слайфер завершил анализ четырех спектрограмм. Три из них имели красное смещение, у одной — туманности Андромеды — обнаружилось фиолетовое. За следующие два года он измерил параметры движения еще двенадцати галактик. Все они, кроме трех, оказались «красными». Результаты были настолько поразительны, что в августе 1914 года, когда Слайфер представил их на собрании Американского астрономического общества, весь зал встал и устроил овацию.
Слайфер — один из невоспетых героев астрономии[2]. Согласно биографии, изданной Национальной академией наук США, он, «очевидно, совершил больше фундаментальных открытий, чем любой другой астроном-наблюдатель двадцатого века». И при таком вкладе основное признание ему досталось лишь на двух космических картах — Луны и Марса. Там, за пределами небес, его имя носят два кратера.
Причина в том, что Слайфер не имел привычки обнародовать свои открытия по всей форме. Иногда он публиковал краткие сообщения о результатах, в большинстве же случаев ограничивался перепиской с коллегами. Как сказано в официальной биографии, Слайфер был «сдержанным, осторожным, скрытным человеком, всячески избегал рекламы и даже редко посещал научные собрания». Августовский бенефис 1914 года стал, судя по всему, исключением. Но именно он указал английскому астроному Эдвину Пауэллу Хабблу путь к личной славе.
