Расширение Вселенной. Сводка потерь (при переводе)

Когда космологи говорят, что наша Вселенная расширяется, они основывают свое утверждение в первую очередь на доказательствах, которые черпают из очевидного движения галактик. При этом часто приводят очень упрощенный пример, позволяющий наглядно представить себе, о чем речь.

Представьте себе двумерный мир, существующий исключительно на поверхности резинового мячика (илл. 25). То есть галактики в таком мире – просто приклеенные к поверхности маленькие плоские кружочки (вроде тех, которые получаются, когда прокалываешь бумагу дыроколом). Для обитателей подобного мира нет пространства ни вне шарика, ни внутри него: весь мир – это только поверхность. Обратите внимание, что центра у этого мира нет, поэтому все кружочки на поверхности находятся в равном положении (вспомним, что центр мячика лежит вне этого мира). Границ или пределов у этой Вселенной тоже нет. Если точка пустится в путь по сферической поверхности в том или ином направлении, ни до какого края она не дойдет. А что будет, если начать надувать мячик? Независимо от того, к какому кружочку на поверхности вы по воле случая принадлежите, вы увидите, что все остальные кружочки разлетаются от вас. Более того, чем дальше от вас кружочек, тем быстрее он будет удаляться: кружочек, который отстоит от вас на расстояние вдвое больше другого кружочка, будет двигаться вдвое быстрее (поскольку за то же время будет покрывать расстояние вдвое больше). Иначе говоря, скорость удаления будет пропорциональна расстоянию. Общая теория относительности Эйнштейна предполагает, что ткань пространства-времени в нашей Вселенной ведет себя именно так, и простой пример с мячиком можно вывернуть наизнанку. То есть из открытия, что все далекие галактики от нас удаляются, в сочетании с тем фактом, что скорость удаления пропорциональна расстоянию, следует, что пространство нашей Вселенной растягивается (к этому мы вернемся в главе 10). Обратите внимание, что расширение Вселенной нельзя сравнивать со взрывом гранаты. Взрыв гранаты происходит в пространстве, которое уже существовало, у него есть определенный центр (и границы). Во Вселенной движение к расширению возникает, поскольку растягивается сама ее ткань. И все галактики ничем не отличаются друг от друга: из любой точки вы увидите, как все остальные галактики разбегаются от вас во все стороны.

При упоминании расширения Вселенной первым обычно вспоминают астронома Эдвина Хаббла, в честь которого назван знаменитый космический телескоп. Всем известно, что Хаббл в сотрудничестве со своим ассистентом Милтоном Хьюмасоном рассчитал расстояния и скорость разбегания нескольких десятков галактик, а в статье 1929 года сформулировал закон, носящий его имя: галактики разбегаются от нас со скоростями, пропорциональными расстоянию до них. Из «закона Хаббла» Хаббл и Хьюмасон вывели общий темп расширения Вселенной в нашу эпоху: на каждые 3,26 миллиона световых лет расстояния скорость разбегания галактик возрастает примерно на 500 километров в секунду. Учитывая, что данные наблюдений, которыми располагал Хаббл, были очень ограниченны, вывести из них расширение Вселенной было бы очень смелым и отчаянным шагом, если бы не некоторые теоретические идеи, поддерживающие эту гипотезу; многие из них были выдвинуты даже до наблюдений. Скажем, еще в 1922 году российский математик Александр Фридман показал, что общая теория относительности допускает существование расширяющейся безграничной Вселенной, полной вещества. Хотя результаты Фридмана не привлекли особого внимания (не считая самого Эйнштейна, который впоследствии подтвердил, что логика Фридмана совершенно точна, однако отмахнулся от его выводов, поскольку полагал, что «им вряд ли удастся приписать физический смысл»), идея динамической Вселенной на протяжении 1920 годов постепенно набирала ход. Поэтому толкование наблюдений Хаббла с точки зрения расширяющейся Вселенной завоевало популярность очень быстро.

Иногда физики пренебрегают историей своего предмета. Еще бы, кому интересно, кто что открыл, если об этих открытиях и так все знают? Лишь тоталитарные режимы издавна были озабочены тем, чтобы доказать, что все хорошее зародилось на их территории. Есть старый анекдот о том, как почетного гостя СССР привели в научный музей в Москве. В первом же зале гость увидел огромный портрет какого-то русского, о котором он никогда не слышал. Спросил, кто это – и получил ответ: «Это изобретатель радио». Во втором зале – еще один огромный портрет совершенно незнакомого человека. «А это – изобретатель телефона», – объясняет экскурсовод. И так еще с десяток залов. А в последнем зале висит портретище, по сравнению с которым все предыдущие кажутся крохотными. «А это кто?» – удивляется посетитель. Экскурсовод с улыбкой отвечает: «А это – изобретатель всех этих изобретателей».

Однако в некоторых случаях открытия столь масштабны, что крайне познавательно разобраться, что же натолкнуло на подобные озарения – в том числе и понять, кому именно принадлежит честь открытия. Практически не приходится сомневаться, что открытие расширения Вселенной подпадает именно под эту категорию, хотя бы по той простой причине, что сам факт расширения предполагает, что у нашей Вселенной было определенное начало.

В 2011 году разгорелись страстные дебаты вокруг того, кого же на самом деле надо благодарить за открытие космического расширения. В частности, в нескольких статьях даже высказывались подозрения, что с целью обеспечить первенство Эдвина Хаббла в 1920 годы, возможно, были пущены в ход недостойные механизмы цензуры.

Вот вкратце основные факты, играющие главную роль в этих дебатах.

К февралю 1922 года астроном Весто Слайфер измерил радиальные скорости (скорости вдоль луча зрения, проходящего от источника до наблюдателя) 41 галактики. Артур Эддингтон в своей книге, опубликованной в 1923 году, перечислил эти скорости и отметил: «Бросается в глаза огромный перевес положительных [удаляющихся] скоростей, однако недостаток наблюдений южных туманностей [за внешний вид галактики первоначально называли латинским словом nebulae – “туманность”, “облако”, “дымка”], к несчастью, не позволяет сделать окончательные выводы». В 1927 году бельгийский космолог и священник Жорж Леметр опубликовал знаменательную статью (на французском языке), название которой в переводе звучит примерно так: «Гомогенная Вселенная постоянной массы и увеличивающегося радиуса объясняет радиальные скорости внегалактических туманностей». К сожалению, эта статья была напечатана в крайне малораспространенных «Трудах Брюссельского научного общества». В ней Леметр первым нашел динамические [соответствующие гипотезе расширения] решения уравнений общей теории относительности, а из этих решений вывел теоретическую основу закона, который стал известен как закон Хаббла: скорость удаления прямо пропорциональна расстоянию. Однако на теоретических выкладках Леметр не остановился.

Опираясь на величины скоростей, которые рассчитал Слайфер, и на приблизительные расстояния на основе измерений яркости, которые проделал Хаббл в 1926 году, Леметр открыл «закон Хаббла» и определил темп расширения Вселенной. Численное значение этого темпа, которое теперь называют постоянной Хаббла, у Леметра получилось равным 625 (в общепринятых единицах – километр в секунду на каждые 3,26 световых года расстояния). Два года спустя Эдвин Хаббл получил для той же величины значение 500 (в наши дни доказано, что оба эти значения ошибочны – почти на порядок). Так вот, Хаббл опирался в точности на те же величины скоростей – по Слайферу – однако в своей статье даже не упомянул, кто их получил. Расстояния у Хаббла были более точные, отчасти за счет лучших индикаторов межзвездного расстояния. Леметр полностью отдавал себе отчет, что расстояния, на которые он опирается, лишь приблизительные. Он сделал вывод, что на тот момент точность оценок расстояний недостаточна, чтобы подтвердить или опровергнуть найденное им линейное соотношение.

Думаю, что большинство читателей, основываясь только на тех фактах, которые я только что изложил, согласятся, что было бы справедливо приписать открытие расширения Вселенной и гипотезу о законе Хаббла Леметру, а подтверждение и точную формулировку закона – Хабблу и Хьюмасону. Хаббл и Хьюмасон впоследствии проделали поистине тщательнейшие наблюдения и распространили оценки скорости, которые сделал Слайфер, на более длинные и гораздо точнее определенные расстояния. Однако тут-то в сюжете и возникает напряженный поворот.

Перевод статьи Леметра 1927 года на английский был опубликован в «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» в Англии в марте 1931 года. Однако несколько абзацев из оригинального французского текста оказались в переводе опущены! В частности, отсутствует абзац, где описывался закон Хаббла и где Леметр на основании данных о 42 галактиках, для которых ему были известны (приблизительно) расстояния и скорости, вычисляет значение «постоянной Хаббла», равное 625. Нет и абзаца, где Леметр рассуждает о возможных погрешностях при оценке расстояний, и двух сносок, в одной из которых автор отмечает, что пропорциональность между скоростью и расстоянием, вероятно, следует из релятивистского расширения. В той же сноске Леметр также вычислил два вероятных значения постоянной Хаббла – 575 и 670, которые зависели от того, как сгруппировать данные.

Кто переводил статью? И почему из английского варианта были изъяты эти отрывки? Несколько детективов-любителей от истории науки в 2011 году предположили, что кто-то преднамеренно вычеркнул те фрагменты статьи Леметра, где говорилось о законе Хаббла и об определении постоянной Хаббла. Канадский астроном Сидни ван ден Берг отметил, что целью подобной «выборочной редактуры» – кто бы ее ни сделал – было обеспечить бесспорный приоритет Эдвина Хаббла в этом вопросе. «Изъятие одного из членов уравнения наверняка было преднамеренным», – отмечал он. Южноафриканский математик Дэвид Блок пошел даже дальше. Он предположил, что к этой фантастической «цензуре», вероятно, приложил руку сам Эдвин Хаббл, поскольку хотел, чтобы честь открытия расширения Вселенной принадлежала ему одному и Маунт-Вильсоновской обсерватории, где он делал свои наблюдения.

Как человек, более двух десятилетий работавший с данными космического телескопа имени Хаббла, я очень заинтересовался всей этой детективной историей – настолько, что даже решил расследовать, как же обстояли дела на самом деле. Начать я решил с изучения того, при каких обстоятельствах был выполнен перевод статьи Леметра.

Для этого я прежде всего получил в архиве копию письма, которое тогдашний редактор «Monthly Notices» астроном Уильям Маршалл Смарт написал Жоржу Леметру. В этом письме (илл. 26) Смарт спрашивает у Леметра разрешения перепечатать в «Monthly Notices» его статью 1927 года, поскольку Королевский астрономический совет считал, что значение этой статьи очень велико и нужно донести ее до более широкой аудитории. Приведу основную часть письма.

«Коротко говоря, если Научное общество Брюсселя [в трудах которого была опубликована оригинальная статья] тоже пойдет нам навстречу и даст разрешение на публикацию, мы бы предпочли выполнить перевод статьи на английский. Кроме того, если у вас будут какие-либо дополнения и пр. по теме, мы будем рады напечатать и их. Полагаю, что если появятся дополнения, следует сделать примечание, что §§ 1–n перепечатаны из брюссельской статьи, а остальное – новые материалы (или выразиться более изящно). От себя лично и от имени Общества надеюсь, что вы сможете это сделать.»

Поначалу я решил, что текст письма Смарта совершенно невинен – и ни на минуту не усомнился, что в нем нет ни малейшего намека на намерение произвести дополнительную редактуру или цензуру. Однако, хотя я был совершенно убежден в правильности такой трактовки письма Смарта и считал, что вчитывать туда конспирологический подтекст нет смысла, неразгаданными остались две главные загадки: кто переводил статью Леметра и кто ее сократил. В попытке дать определенный ответ на эти вопросы я решил изучить документы еще подробнее и тщательно просмотреть все протоколы Совета и всю сохранившуюся переписку 1931 года: все это хранится в Библиотеке Королевского астрономического общества в Лондоне. Я просмотрел несколько сотен различных документов, не имеющих отношения к делу, и уже решил сдаться, но тут обнаружил две «явные улики». Первая нашлась в протоколе заседания Совета от 13 февраля 1931 года, где сказано: «По инициативе доктора Джексона аббату Леметру был отправлен запрос на разрешение опубликовать в “Monthly Notices” его статью “Un Univers Homogène de Masse Constante et de Rayon Croissant” либо перевод указанной статьи на английский». Не могу удержаться и приведу не относящуюся к делу, но забавную запись из того же протокола: «По инициативе сэра Артура Эддингтона обсудили вопрос о разрешении курения на заседаниях Совета. Принято решение, что курить дозволяется после половины четвертого пополудни». Вторая улика – это ответ Леметра на письмо Смарта (илл. 27), датированный 9 марта 1931 года. Письмо гласит:

«Уважаемый доктор Смарт!

Признателен за оказанную мне и нашему обществу честь – публикацию моей статьи 1927 года Королевским астрономическим обществом. Посылаю вам перевод статьи. Мне кажется, неуместно повторно публиковать предварительные рассуждения о радиальных скоростях, поскольку они, очевидно, не представляют интереса в настоящий момент, а также геометрическую заметку, вместо которой можно поместить небольшую библиографию старых и новых статей по данному вопросу (выделено мной. – М. Л.). Прилагаю французский текст, где помечены опущенные при переводе отрывки. Я постарался перевести статью как можно точнее, однако буду очень рад, если кто-нибудь из ваших сотрудников окажет мне любезность, прочитает ее и поправит мой английский – боюсь, в нем очень много шероховатостей. Все формулы остались без изменений, и даже окончательный вывод, который более новые мои работы не подтверждают, не изменился. Я не стал переписывать таблицу, ее можно взять прямо из французского текста.

Что касается дополнений, я только что получил уравнения расширения Вселенной, полученные с помощью нового метода, и из них очевидно влияние сгущений и вероятные причины расширения. Буду очень рад представить их вашему обществу в виде отдельной статьи.

Мне бы очень хотелось вступить в ваше общество, и я был бы признателен, если бы меня представили и вам, и профессору Эддингтону.

Если у профессора Эддингтона еще остались репринты его майской статьи в «M.N.», я был бы очень рад ее получить.

Прошу вас, будьте так добры, передайте профессору Эддингтону мои наилучшие пожелания.»

Что ж, это перечеркивает все домыслы по поводу того, кто переводил статью и кто вычеркнул абзацы. Жорж Леметр сделал все сам!

Кроме того, письмо Леметра показывает с очень интересной стороны научную психологию ученых двадцатых годов, по крайней мере некоторых. Вопрос о приоритете самого Леметра совершенно не заботит. А если учесть, что результаты Хаббла уже были опубликованы в 1929 году, Леметр не видел смысла в повторной публикации в 1931 году своих предварительных рассуждений. Он предпочел двигаться дальше и опубликовать следующую статью под названием «Расширение Вселенной». Что же касается просьбы Леметра принять его в Королевское астрономическое общество, она также была впоследствии удовлетворена. Леметр был официально избран членом-корреспондентом общества 12 мая 1939 года.