Майкл Брукс - Тринадцать вещей, в которых нет ни малейшего смысла
Космолог из Кембриджского университета Стивен Хокинг в своей книге «Мир в ореховой скорлупке» делает колкое замечание. Сопоставив хронологию научных результатов Слайфера и Хаббла, из которой фактически следует, что второму приписали приоритет в открытии разбегающейся Вселенной, сделанном в 1929 году, Хокинг обращает внимание на первое публичное обсуждение спектрограмм Слайфера — то самое, когда аудитория, встав с мест, разразилась аплодисментами. Хаббл, как пишет Хокинг, присутствовал на этой презентации.
В 1917 году, пока Эйнштейн выяснял у астрономов их взгляды на динамику Вселенной, наблюдения Слайфера уже показали, что из двадцати пяти туманностей двадцать одна мчится прочь от Земли и лишь четыре приближаются. Все они движутся с огромной скоростью, в среднем более двух миллионов километров в час. Это вызвало настоящий научный шок, поскольку звезды, видимые на небе, ничего подобного обычно не совершают; а ведь в то время считалось, что Млечный Путь и есть вся Вселенная, практически неподвижная относительно Земли. Слайфер перевернул прежние представления. Спиральные туманности, по его предположению, — это «звездные системы, наблюдаемые с очень больших расстояний». Тем самым он как бы невзначай открыл, что космос полон роями галактик, которые стремительно движутся куда-то прочь.
Когда эти вычисления были опубликованы в «Ученых записках Американского философского общества»[3], им никто не придал особого значения, — а Слайферу, разумеется, характер не позволял требовать внимания к себе. Однако Хаббл, по всей очевидности, взял его успехи на заметку. Он попросил у Слайфера подборку данных для своей работы по теории относительности, и тот в 1922 году послал ему таблицу галактических скоростей. Семь лет спустя Хаббл, объединив результаты наблюдений Слайфера и еще нескольких астрономов со своими собственными, сделал сенсационный вывод.
Если взять галактики, удаляющиеся от Земли, и сопоставить распределение их скоростей с расстояниями от наблюдателя, то выяснится: чем дальше от нас галактика, тем больше ее скорость. Если одна убегающая галактика находится вдвое дальше другой, то она и движется в два раза быстрее «ближней». Если дальше втрое — скорость возрастает соответственно. У Хаббла имелось лишь одно вероятное объяснение. Галактики можно уподобить конфетти, облепившим воздушный шарик; если тот начнет раздуваться, а затем лопнет, бумажные кружочки не продолжат плавно раздвигаться, а разлетятся в разные стороны. Так Хаббл установил, что Вселенная разбегается.
То было бурное время для науки. Идея Большого взрыва, впервые зародившаяся в 1920-е годы, очутилась на острие космологических теорий. Но если Вселенная расширяется, значит, в некий предыдущий момент она была и меньше, и плотнее. Астрономы стали задаваться вопросом, как выглядел космос в исходном состоянии. Работа Весто Слайфера послужила первым свидетельством об истоках всего нашего мироздания. Но она же в конечном счете привела к открытию, что большая часть Вселенной непостижима для нас.
Чтобы понять, откуда стало известно о «выморочности» значительной доли космоса, привяжите грузик к концу длинной нитки и начните вращать над головой. Полет грузика будет довольно медленным, за ним можно следить без риска головокружения. Теперь подберите нить, чтобы она стала покороче, и орбита станет совсем маленькой. Дабы сохранился импульс кругового движения, грузик не упал вам на голову и нитка не захлестнулась на шее, вертеть все это хозяйство приходится гораздо быстрее, так что разглядеть «спутник» едва удается.
Тот же самый принцип действует при движении планет. Земля, будучи сравнительно близка к Солнцу, мчится по орбите значительно быстрее, чем далекий от светила Нептун. Причина проста: она в равновесии сил. Гравитационное поле Солнца сильнее действует на радиальном расстоянии до Земли, чем на расстоянии до Нептуна. Тело, обладающее массой Земли, должно двигаться относительно быстро, чтобы удержаться на своей орбите. Нептуну, испытывающему меньшую силу притяжения, для равновесия достаточно небольшой орбитальной скорости. А если бы он двигался так же быстро, как Земля, то покинул бы Солнечную систему и улетел в космическую пустоту.
Этому правилу должна следовать динамика любых орбитальных систем. Баланс центростремительной и центробежной сил означает: чем дальше помещается масса от центра притяжения, тем медленней она будет двигаться. Но как раз этой закономерности не обнаружил в 1933 году швейцарский астроном Фриц Цвикки.
В тот год, когда в Сан-Франциско началось строительство моста Золотые Ворота, а сорокатрехлетний Адольф Гитлер был назначен рейхсканцлером Германии, Цвикки нашел нечто странное в скоплении галактик Кома (скопление Волос Вероники). Говоря упрощенно, звезды испускают определенное количество света на килограмм массы; таким образом, проанализировав свечение Комы, наблюдатель мог оценить, сколько в ней содержится вещества. Странность заключалась в том, что звезды на периферии галактик двигались слишком быстро, чтобы их могло удержать притяжение расчетной массы. Вычисления определенно показывали, что скопление Кома примерно в четыреста раз массивнее, чем представляется визуально.
Одно это могло бы послужить достаточной причиной начать погоню за темной материей. Но не послужило, увы, — по самым что ни на есть неприятным, околонаучным мотивам. Наберите фамилию Цвикки в интернетовском поисковике, и вы найдете эпитет «блестящий» рядом с «рехнувшимся», а «гениальный» — через строчку от «невыносимого». Цвикки, как и Слайфер, нечасто упоминается в учебниках астрономии, несмотря на все важные открытия, которые он сделал. Цвикки первым установил, что галактики образуют скопления, и ввел в научный оборот термин «сверхновая». Он, конечно, был большой оригинал — устроил, например, лыжную трассу под боком у астрономической обсерватории Маунт-Вилсон в калифорнийских горах Сан-Габриэль и зимой притаскивал на работу спортинвентарь, чтобы не терять навыков слаломиста. Но главное, в общении с окружающими у него имелись серьезные трудности. Цвикки был тяжелый, язвительный человек, убежденный, что его гениальность не получает должного признания. Всех своих коллег по обсерватории он скопом обзывал «шаровидными ублюдками». Почему так? Да потому, что ублюдки, с какой стороны ни глянь. Не приходится удивляться, что коллеги просто проигнорировали его открытие невидимой массы в скоплении Кома.
Однако же Цвикки был прав. При измерении галактических масс концы не сойдутся с концами без допущения, что значительная часть Вселенной заполнена темной материей. В 1939 году на торжественном открытии обсерватории Макдональд в Техасе это подтвердил голландский астроном Ян Оорт. Он прочитал лекцию, в которой утверждал, что распределение массы в одной из эллиптических галактик разительно противоречит характеристикам ее свечения. Данные своих наблюдений Оорт опубликовал три года спустя, специально подчеркнув этот момент в резюме статьи. И опять, точь-в-точь по Куну, никто не счел нужным отреагировать. Изумительная тенденция отворачиваться от неудобных данных длилась десятилетиями, пока наконец ученый люд не прислушался по каким-то резонам к Вере Рубин.
Рубин сейчас за восемьдесят, а ее серьезный дебют в космологии состоялся в 22-летнем возрасте. В канун нового 1950 года газета «Вашингтон пост» сообщила о докладе в Американском астрономическом обществе под пафосным заголовком: «Юная мать вычислила центр мироздания по бегу звезд». В редакционном вступлении говорилось: теория Рубин «настолько смела, что большинство астрономов находит ее пока что невозможной». Но самое дерзновенное из дел, затеянных Рубин, — борьба за то, чтобы темную материю приняли всерьез, — было впереди.
Начнем с того, что Рубин и себя-то принимала не вполне всерьез. Эта история, по ее собственным словам, дает поучительный пример «ученой глухоты». В 1962 году Рубин преподавала в Джорджтаунском университете в Вашингтоне. Ее слушатели в большинстве были сотрудниками Военно-морской обсерватории США, находившейся по соседству, и, как ей вспоминается, отлично разбирались в астрономии. Общими усилиями им удалось рассчитать кривую вращения галактики. Этот график отображает зависимость орбитальной скорости звезд от их расстояния до центра галактики. Скорость должна падать по мере удаления, как в примере с человеческой головой и ее «спутником», грузиком на нитке. Однако Рубин со своими флотскими астрономами ничего подобного не обнаружила: кривая и вдали от центра оставалась плоской. Опубликовав три научных сообщения, они благополучно забыли о проблеме.
В шестьдесят пятом Рубин перешла в вашингтонский Институт Карнеги. Проведя год в изматывающей гонке за квазарами — самыми активными и далекими из всех известных объектов во Вселенной, — она задумала взяться за что-нибудь поскромнее, что могла бы проделать своими силами. И решила всмотреться в пространство у границ галактик, поскольку никто эти области толком не изучал, все сосредоточились на центрах скоплений. Но Рубин не только запамятовала напрочь об университетской находке — по ходу дела ей пришлось усомниться и в собственных результатах. Она измеряла скорости звезд, наблюдая, как меняется световой спектр в зависимости от параметров движения. Каждую ночь Рубин составляла в среднем по четыре спектрограммы, постепенно уходя все дальше от центра галактики. Однако, несмотря на любые уточнения на этом пути, все результаты выглядели примерно одинаково, не сходясь с условиями задачи.
