Эдвин Хаббл: как узнали, что Вселенная расширяется

Боксёр, юрист, астроном

Эдвин Хаббл родился в 1889 году в штате Миссури. В университете он занимался боксом и лёгкой атлетикой, а по желанию отца выучился на юриста в Оксфорде. Но после смерти отца бросил юриспруденцию: астрономия интересовала его гораздо больше.

С 1919 года он работал в обсерватории Маунт-Вилсон в Калифорнии, где стоял самый большой телескоп того времени с зеркалом диаметром 2,5 метра.

Другие галактики

Чтобы узнать расстояние до туманности, нужна «стандартная лампочка», звезда, настоящую яркость которой мы знаем. Такой лампочкой стали цефеиды, звёзды, которые ритмично меняют яркость. В 1912 году американский астроном Генриетта Ливитт открыла: чем медленнее мигает цефеида, тем она ярче на самом деле. Сравнив настоящую яркость с видимой, можно найти расстояние.

В 1923 году Хаббл нашёл цефеиду в туманности Андромеды и вычислил расстояние до неё. Оно оказалось огромным, намного больше размеров Млечного Пути. Значит, Андромеда не облако рядом с нами, а другая галактика, подобная нашей. Вселенная мгновенно стала в миллионы раз больше.

Туманность Андромеды видна без телескопа в тёмную осеннюю ночь вдали от города: это слабое продолговатое пятнышко. Это самый далёкий объект, который можно увидеть невооружённым глазом: свет от него летит к нам около 2,5 миллиона лет.

Красное смещение

Вспомните сирену скорой помощи: когда машина приближается, звук выше, когда удаляется, ниже. Это эффект Доплера. Со светом происходит похожее: свет от удаляющегося объекта сдвигается к красному краю спектра, от приближающегося к синему.

Ещё до Хаббла американец Весто Слайфер заметил, что свет большинства галактик смещён в красную сторону: они от нас удаляются. Хаббл сопоставил эти скорости с расстояниями и в 1929 году показал простую закономерность: чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется.

v = H₀ · d

Это и значит, что Вселенная расширяется. Представьте тесто с изюмом в духовке. Тесто поднимается, и каждая изюминка удаляется от каждой, причём чем дальше изюминки друг от друга, тем быстрее растёт расстояние между ними. Центра у такого расширения нет: из любой изюминки картина одинакова.

Фридман, Леметр и ошибка Эйнштейна

Теоретики пришли к этому раньше. В 1922 году петроградский математик Александр Фридман нашёл решения уравнений Эйнштейна, по которым Вселенная может расширяться или сжиматься. Эйнштейн сначала даже счёл это ошибкой, но потом признал правоту Фридмана. В 1927 году бельгийский священник и физик Жорж Леметр независимо пришёл к тому же и связал расширение с наблюдениями.

Эйнштейн, чтобы Вселенная в его уравнениях оставалась неподвижной, добавил в них специальное слагаемое, космологическую постоянную. Узнав о расширении, он, по рассказу физика Георгия Гамова, назвал это величайшей ошибкой своей жизни. Ирония в том, что в 1998 году обнаружили ускоренное расширение, и похожая постоянная снова понадобилась.

В 2018 году Международный астрономический союз рекомендовал называть закон законом Хаббла–Леметра, чтобы отдать должное обоим.

Задача по закону Хаббла

Точное значение постоянной Хаббла сейчас предмет спора: разные методы дают около 67 и около 73 км/с на мегапарсек. Учёные называют это «напряжением Хаббла» и пока не знают, в чём дело.

Частые вопросы