Расширение Вселенной

Случалось ли вам слышать сигнал проносящегося мимо вас поезда? Сначала, пока локомотив не поравнялся с вами, звук высокий. Но стоит ему проскочить мимо, как тон резко падает, становится низким. Звук - это колебания воздуха; если источник звука приближается к вам, частота колебаний увеличивается, звук становится высоким; при удалении источника от вас картина обратная. Это явление известно в физике как эффект Доплера. Он распространяется на все виды колебаний.

Свет - это тоже колебания (электромагнитные). Перемещение источника света относительно наблюдателя сопровождается эффектом Доплера. Для видимого света изменение частоты означает изменение цвета: частота ниже - длина волны больше - свет «краснеет», и наоборот. Если источник света удаляется, все линии в его спектре сдвинуты в красную сторону.

Наблюдательный факт «красного смещения» в излучении далеких галактик был установлен Хабблом в 1927 году. Ему удалось даже измерить расстояния до некоторых из этих галактик, и оказалось, что чем дальше в среднем от нас галактика находится, тем быстрее она от нас удаляется. Эта закономерность относится именно к далеким галактикам; ближние могут к нам и приближаться - например, туманность Андромеды.

На первый взгляд это открытие опять возвращает нас к понятию «центра мира»: вот мы с нашей Галактикой сидим себе в этом центре, а все от нас разлетаются в разные стороны. На самом деле это не так. Именно пропорциональное увеличение скорости с увеличением расстояния до галактики означает, что, в какое бы место Вселенной мы ни поместили мысленно наблюдателя, он будет видеть одну и ту же картину: чем дальше от него какая-нибудь галактика, тем с большей скоростью она от него удаляется. Само пространство как бы «разбухает».

Представим себе существ, которые не знают, что такое третье измерение. С длиной и шириной у них все в порядке, а что такое высота, они просто не подозревают. Их вселенная - это поверхность. Например, сфера, покинуть которую они никаким образом не могут. Если эта сфера - надувной шарик, то «надувание» его и означает для них «расширение Вселенной» - все расстояния увеличиваются, а центра этого расширения на поверхности сферы нет.

Кстати, эта модель дает еще один интересный образ: в каких бы направлениях ни путешествовали наши существа по своей вселенной, они никогда не доберутся до ее границы - границы нет. А поверхность сферы между тем конечная - она измеряется определенным количеством квадратных метров (километров, парсеков и так далее). Итак, безграничное может быть конечным...

Между прочим, возможность существования нестационарной (нестабильной, постоянно меняющейся) Вселенной следовала из построений теоретиков еще до открытия Хаббла. Решения уравнений общей теории относительности Эйнштейна, описывающих в самом общем виде поведение материи во Вселенной, определенно указывали на такую возможность. Но сам Эйнштейн в нее не поверил и ввел в уравнения произвольный член, обеспечивающий стабильность, - без каких-либо указаний на природу этой величины. А русский математик Александр Александрович Фридман (1888-1925) получил решения без введения этой величины и пришел к выводу о нестабильности Вселенной - она должна либо расширяться, либо сжиматься.

Сменится ли когда-нибудь расширение Вселенной ее сжатием? Теоретики уже определили условия решения этой задачи. Все зависит от того, какова средняя плотность разлетающегося сейчас вещества. Если велика, то тяготение победит инерцию разлета галактик и наступит фаза сжатия. Если мала, то расширение бесконечно...

Масса наблюдаемых космических тел мала для того, чтобы остановить разлет. Но есть ведь еще и невидимая «скрытая масса», и сколько ее, пока не ясно...

Вопрос остается открытым. Впрочем, современные данные наблюдений показывают, что расширение Вселенной имеет такой характер, что оно, по-видимому, не остановится никогда.

Присоединяйтесь к нам и узнавайте больше интересных фактов о нашем Космическом пространстве.