Галактики разбегаются, значит у Вселенной было начало. Но центра нет

Ночное небо кажется воплощением покоя: те же созвездия видели фараоны, те же видим мы. Веками люди считали, что Вселенная в целом вечна и неподвижна. В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл показал, что далёкие галактики разлетаются от нас, и чем дальше галактика, тем быстрее она уходит. Из этого простого наблюдения следовал вывод, который отказывался принять даже Эйнштейн: у мира был первый день.

Вселенная должна была стоять на месте

Вечная неизменная Вселенная казалась самым разумным вариантом. Она не требовала объяснять, откуда всё взялось. Звёзды рождаются и гаснут, но целое остаётся прежним, как лес, в котором падают и вырастают деревья.

В 1917 году Эйнштейн применил свою общую теорию относительности ко всей Вселенной и получил неприятный результат. Гравитация стягивает вещество, поэтому статичный мир должен был бы сжиматься. Чтобы спасти неподвижность, Эйнштейн добавил в уравнения новое слагаемое, космологическую постоянную, своего рода отталкивание. Вселенная на бумаге замерла. Но настоящее небо уже было готово ответить иначе.

Туманности оказались чужими галактиками

Ещё в начале XX века никто не знал, насколько велик космос. Многие считали, что Млечный Путь и есть вся Вселенная, а размытые спиральные туманности лежат внутри него. В 1912 году Генриетта Ливитт из Гарвардской обсерватории нашла способ мерить расстояния. У пульсирующих звёзд, цефеид, период мерцания связан с истинной яркостью. Если сравнить её с видимой яркостью, можно вычислить, насколько далеко звезда.

В 1923 году Хаббл нашёл цефеиду в туманности Андромеды с помощью 100-дюймового телескопа на горе Маунт-Вилсон в Калифорнии. Расстояние оказалось огромным, далеко за пределами нашей Галактики. Туманности оказались другими галактиками, и Вселенная внезапно выросла в невообразимое число раз. А ещё с 1912 года Весто Слайфер на обсерватории Лоуэлла замечал странное: свет большинства туманностей сдвинут к красному концу спектра. Это значило, что они удаляются. Оставалось сопоставить скорости с расстояниями.

Чем дальше галактика, тем быстрее она уходит

Хаббл и его помощник Милтон Хьюмасон собрали данные и в 1929 году опубликовали закономерность. Скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до неё. Вдвое дальше означает вдвое быстрее. Удивительно, что первым это понял не Хаббл. В 1927 году бельгийский священник и физик Жорж Леметр вывел ту же зависимость из уравнений Эйнштейна, но напечатал статью по-французски в малоизвестном журнале. В 2018 году Международный астрономический союз рекомендовал называть закон именем Хаббла и Леметра.

Самое неожиданное следует из формы закона: у расширения нет центра. Представьте тесто с изюмом, которое поднимается в духовке. Каждая изюминка видит, что все соседки от неё удаляются, а дальние уходят быстрее ближних. При этом ни одна изюминка не находится в середине. Галактики не летят сквозь пространство от точки взрыва. Растягивается само пространство между ними, и наблюдатель в любой галактике увидит ту же картину, что и мы. Но если всё разлетается, что будет, если прокрутить этот фильм назад?

Плёнка, пущенная назад, приводит к началу

Леметр решился сделать этот шаг. Если сегодня галактики удаляются, то вчера они были ближе, а в далёком прошлом всё вещество было сжато в крошечном горячем состоянии. В 1931 году он назвал его «первичным атомом». Скептики посмеивались. В 1949 году британский астроном Фред Хойл в радиопередаче BBC насмешливо назвал эту идею Большим взрывом, и прозвище прижилось.

Закон Хаббла давал и возраст. Первая оценка получилась около двух миллиардов лет, а геологи по радиоактивности уже насчитывали Земле больше. Планета не может быть старше Вселенной. В 1950-х годах выяснилось, что Хаббл ошибся в шкале расстояний, и возраст вырос. Сегодня он оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет. Решающее доказательство пришло случайно. В 1965 году Арно Пензиас и Роберт Уилсон из Bell Labs не могли избавиться от слабого шума в рупорной антенне, даже выгнав из неё голубей. Это было остывшее излучение молодой Вселенной. Небольшая доля той ряби, которую показывал старый телевизор на пустом канале, была эхом того же начала.

Читайте также: Программист отказался от ИИ, и дело было не в ошибках машины

Расширение до сих пор преподносит сюрпризы

В 1998 году две группы, наблюдавшие далёкие сверхновые, обнаружили, что расширение ускоряется. Космологическая постоянная, от которой Эйнштейн отказался, вернулась в науку под именем тёмной энергии. Что это такое, никто пока не знает. Есть и свежая загадка: разные методы дают немного разную скорость расширения, около 67 и около 73 километров в секунду на мегапарсек. Это может быть ошибкой измерений или признаком новой физики. Сам Хаббл, кстати, до конца осторожничал и не настаивал на том, что красное смещение означает настоящее движение.

Сегодня расширение измеряют телескопы «Джеймс Уэбб» и «Евклид», а спектрограф DESI составляет трёхмерные карты миллионов галактик. Расстояния до слабых галактик всё чаще оценивают нейросети по цветам на снимках, потому что снять спектр каждой невозможно.

Когда вы смотрите на тусклое пятнышко Андромеды, вы видите свет, вышедший два с половиной миллиона лет назад. Ещё дальше свет показывает Вселенную всё более молодой, а за последним горизонтом лежит горячее начало, которое мы до сих пор слышим в радиошуме. Хаббл лишь измерил сдвиг цвета звёзд, но после этого у мира появилась биография с началом и сюжетом, который ещё не дописан. Больше историй о таких поворотах мысли собрано в наших статьях.

Ещё в «Высоких технологиях»

Углерод жизни прилетел с окраин Солнечной системы и спрятался в ядреОкеан лавы не губит атмосферу планеты, а спасает её. И вот какЗаглушённый центр речи спасает себя сам. Но главное делают соседи

Все материалы раздела →