«Красное без расширения?»

На первых порах разбегание галактик и расширение Вселенной казалось настолько невероятным, что очень многие исследователи пытались найти красному смещению в спектрах звездных островов какое-либо иное, так сказать, не космологическое объяснение.

Другими словами, предпринимались всевозможные попытки объяснить сдвиг линий в спектрах галактик не эффектом Доплера, а какими-то иными физическими причинами.

Однако все усилия подобного рода так и не принесли успеха. И расширение Вселенной стало для подавляющего большинства ученых общепризнанным фактом.

Но тем не менее время от времени эта проблема вновь воскресает из небытия. И тогда в очередной раз вспыхивают жаркие споры. Быть может, и не совсем бесплодные, хотя всякий раз они неизменно приводят к одному и тому же результату. Но само обсуждение может оказаться полезным; оно помогает отточить аргументы, уточнить позиции, лучше осмыслить общую ситуацию.

…В редакцию научно-популярного журнала пришел известный ученый. Член-корреспондент Академии наук.

— Хоть я не физик и не астроном, — сказал он, — но я хочу еще раз вернуться к проблеме красного смещения.

— Что вы имеете в виду? — настороженно осведомился редактор, не зная, чего ожидать — сенсации или очередной полемики вокруг довольно скользкого вопроса, всегда чреватой нежелательными хлопотами и непредвиденными неприятностями.

— Видите ли, — пояснил член-корреспондент, — в последнее время на страницах газет и научно-популярных изданий теория расширения Вселенной преподносится как научно доказанный факт. Я уже не говорю о специальных работах, где такая трактовка красного смещения стала обычным делом. Хотя бы в книге Зельдовича и Новикова «Релятивистская астрофизика». Между тем, на мой взгляд, расширение Вселенной не только не доказано, но имеется целый ряд весьма серьезных сомнений по этому поводу.

И поскольку редактор выжидающе молчал, член-корреспондент выложил на стол несколько листков, напечатанных на машинке.

— Вот, — сказал он, — здесь я собрал, кажется, все возражения против космологического объяснения красного смещения. Напечатайте… И пусть кто-либо из специалистов космологов попробует это опровергнуть. Не возражаю, если мою статью и ответ на нее вы поместите в одном и том же номере.

— А что, — загорелся редактор. — Может получиться интересно. Оставьте, пожалуйста, статью. Хотя, разумеется…

— Вы хотите сказать, что мои аргументы будут опровергнуты? Возможно… Но я почему-то убежден в том, что самообман «расширяющейся» Вселенной кончится горьким похмельем. Наверное, это будет выглядеть почти как комедия Гоголя. Я даже попытался изобразить этот «спектакль» в лицах. Разрешите?..

Он взял со стола текст статьи и, открыв последнюю страницу, стал читать вслух:

«Первый ученый: Так ошибиться, так попасть впросак! До сих пор не могу прийти в себя… Ну, кто первый сказал, что расширение доказано? Отвечайте!

Второй ученый (разводя руками): Уж как это случилось, хоть убей, но могу объяснить. Точно туман какой-то ошеломил, черт попутал.

Третий ученый: Кто сказал? Вот кто сказал: эти молодцы!

(Показывает на астронома де Ситтера и аббата Леметра, которые „бухнули в колокола“ сразу же после появления работ Виртца и Хаббла о красном смещении. Абстрактные построения общего расширения пространства в теории относительности были к этому времени уже известны.)

Все обступают де Ситтера и Леметра.

Де Ситтер: Ей-богу, это не я, это господин Леметр.

Леметр: Э, нет, дорогой коллега, вы ведь первые того…

Де Ситтер: А вот и нет, первые-то были вы, господин аббат!

Занавес опускается…»

— Ну, хорошо, — улыбаясь, сказал редактор, — Вы не возражаете, если вашу статью мы дадим почитать Зельманову. И напечатаем ее вместе с его ответом?

— Разумеется, — кивнул член-корреспондент. — Именно этого я и хочу…

И вот по просьбе редакции я встречаюсь с Абрамом Леонидовичем Зельмановым.

Зельманова я знаю давно. Это один из лучших знатоков общей теории относительности и в особенности ее приложений к космологии. Но главное даже не в этом. Абрам Леонидович принадлежит к числу широко мыслящих ученых, тех, кто не просто старается решить ту или иную конкретную задачу, но стремится заглянуть в будущее своей науки, проанализировать каждый новый факт с философской точки зрения.

Мы сидим за массивным круглым столом в небольшом холле на втором этаже Государственного астрономического института им. Штернберга — традиционном месте встреч и обсуждений «в узком кругу».

Зельманов внимательно читает принесенную мной статью, то и дело покачивая головой и приподнимая брови. Я вижу, он далеко не в восторге от предстоящей миссии. Наконец, чтение закопчено.

— Как вы понимаете, — медленно говорит Зельманов, — я предпочел бы не принимать участия в этой истории. Но и нельзя оставить такую статью без ответа. И дело тут не только в «бедном» читателе, которого могут ввести в заблуждение. Как я убедился, в этих вопросах, к сожалению, недостаточно четко разбираются даже некоторые специалисты. А это затрудняет движение вперед.

Потом мы несколько вечеров обсуждаем текст ответной статьи, несчетное число раз согласовываем каждый раздел по телефону. Это, кстати, одна из особенностей Зельманова как ученого — предельная требовательность к четкости и точности изложения.

Я формулирую вопросы — Зельманов отвечает.

— Думаю, лучше всего начать с главного, — предлагаю я. — По существу, вопрос сводится к следующему: есть ли в настоящее время какие-либо основания к пересмотру объяснения красного смещения в спектрах галактик эффектом Доплера и тем самым к «обратному» пересмотру картины расширения Метагалактики?

— Хорошо, — говорит Зельманов. — Начнем с вопроса о том, можно ли вообще — в принципе — объяснить красное смещение не эффектом Доплера, а какой-либо другой причиной? В качестве такой причины чаще всего выдвигалась идея «старения» фотонов, их постепенной «деградации» на долгом пути через космическое пространство. Однако спор между эффектом Доплера и эффектом деградации может быть однозначно разрешен с помощью астрономических наблюдений. Дело в том, что эти эффекты не совсем одинаковы.

Зельманов подвигает к себе чистый лист бумаги и продолжает, одновременно выписывая четкие значки формул:

— При старении фотонов сдвиг спектральных линий должен быть одинаков по всему спектру. В случае же эффекта Доплера постоянна не сама величина сдвига, а лишь ее отношение к соответствующей частоте. Другими словами, величина сдвига в этом случае не одинакова для различных линий спектра.

— И что же говорят наблюдения?

— Наблюдения недвусмысленно свидетельствуют о том, что красное смещение в спектрах галактик есть результат эффекта Доплера.

— А эффект Эйнштейна? — спрашиваю я.

(Дело в том, что есть еще одно физическое явление, сходное с эффектом Доплера. Когда излучение распространяется в поле тяготения, его частота изменяется так же, как и при взаимном удалении источника и приемника.)

— Расчеты показывают, — пожимает плечами Зельманов, — что в случае метагалактического красного смещения этот эффект, известный под названием «гравитационного смещения», или «эффекта Эйнштейна», может представлять собой лишь весьма небольшую добавку к эффекту Доплера.

— Следовательно…

— Следовательно, современная физика не знает таких явлений за исключением эффекта Доплера, с помощью которых можно было бы объяснить красное смещение, фактически наблюдаемое в спектрах галактик.

— Давайте поставим вопрос так, — предлагаю я. — Есть ли вообще в настоящее время основания искать какие-то другие объяснения, не связанные с эффектом Доплера? Это было бы, очевидно, оправдано в том случае, если бы «доплеровская» картина приводила к каким-либо серьезным противоречиям. Существуют ли такие противоречия в действительности?

— Таких противоречий лично я не вижу;—убежденно говорит Зельманов. — Наоборот, открытие реликтового излучения — экспериментальное доказательство справедливости теории расширения.

— Но в статье, о которой идет речь, как раз выражаются сомнения на этот счет. Высказывается предположение, что реликтовое излучение — вовсе не реликтовое, что на самом деле зарегистрирован лишь некий общий тепловой фон Метагалактики, имеющий совершенно иную природу.

— Действительно, такое предположение высказывалось и некоторыми астрофизиками. Однако еще летом 1970 года в Англии на очередном конгрессе Международного астрономического союза ученые пришли к единодушному мнению, что никаких серьезных оснований сомневаться в реликтовом характере зарегистрированного космического радиоизлучения в настоящее время не существует.

Зельманов немного помолчал, а затем, видимо, следуя своему обычному стремлению рассмотреть любой вопрос со всех сторон, добавил:

— Но если бы даже оказалось, что реликтового излучения нет вообще, то и это вовсе бы не означало, что от теории расширения Метагалактики необходимо отказаться. В рамках этой теории возможен и такой вариант, при котором реликтовое излучение отсутствует.

— В статье поднимается и еще один вопрос. Имеются ли вообще в нашем распоряжении необходимые эталоны для измерения величины красного смещения? Ведь если длины волн электромагнитного излучения увеличиваются так же, как метагалактические расстояния, а размеры атомов так же, как длины волн, то тогда и в самом деле ничего нельзя обнаружить.

На этот раз Зельманов задумался. Потом сказал медленно и раздельно, словно диктуя:

— Современная физика исходит из того, что при расширении Метагалактики происходит лишь изменение космологических масштабов. Масштабы же микроскопические и макроскопические в процессе расширения сохраняются. Что же касается длин электромагнитных волн, то они действительно изменяются так же, как расстояния между галактиками, и это действительно является следствием расширения. Однако эти изменения относятся к тому излучению, которое уже покинуло источник. Другими словами, длины волн изменяются «в пути» по дороге к приемнику. Длины же волн, свойственные излучению того или иного источника, как и размеры атомов, остаются неизменными. И это не просто одна из возможных точек зрения, — закончил он, — а вопрос, тесно связанный с фундаментальными основами всей современной физики вообще.

— Ну, а если во Вселенной все-таки происходит одновременное изменение и космологических и атомных масштабов? Что тогда?

— Тогда?.. — Зельманов саркастически улыбнулся. — Можно показать, что подобное допущение, по существу, означает ревизию всей современной физики.

— Конечно… Конечно… Понимаю, что вы хотите сказать, — быстро продолжил он, предупреждая мои возражения. — Разумеется, это еще не аргумент. Согласен, что, несмотря на все свои огромные успехи, современная физика — тоже не «истина в последней инстанции». И многие ее положения будут еще углубляться, уточняться, дополняться и пересматриваться. Более того, у современной физики есть свои принципиальные трудности, по-видимому, требующие совершенно новых идей. Но если уж в этой области естествознания и произойдет очередная революция, то она, скорее всего, будет связана с теорией элементарных частиц, а уж во всяком случае не с проблемой расширения Метагалактики. Кардинальные преобразования необходимы только в тех случаях, когда либо теория не может объяснить новых фактов, либо в ней обнаруживаются глубокие внутренние противоречия. Однако ничего подобного в теории расширяющейся Метагалактики нет. Не правда ли?..

— И еще одни вопрос… Итак, мы живем в расширяющейся Метагалактике и наблюдаем картину удаления окружающих нас галактик по всем направлениям. В связи с этим невольно может сложиться впечатление, что именно мы как раз находимся в центре расширения — неподвижной точке, от которой во все стороны разбегаются остальные звездные острова. Так ли это?

— Конечно, не так!

— Но хотелось бы представить себе это явление хоть как-то наглядно. Может быть, можно привести какую-нибудь аналогию?

— Аналогию? — И, немного подумав, Зельманов предложил такой поясняющий пример.

Представим себе, что из одного пункта одновременно на совершенно прямое шоссе выезжают несколько автомашин и начинают движение с разными скоростями. Через некоторое время они, очевидно, расположатся друг относительно друга в соответствии со своими скоростями: те, что движутся быстрее, уйдут вперед, более медленные — отстанут.

Теперь каждая впереди идущая машина будет, очевидно, двигаться с большей скоростью, чем следующая за ней. Представим себе наблюдателя, который находится в одной из средних машин и видит все остальные машины впереди и сзади, но не видит шоссе. Тогда, независимо от того, в какой из машин он едет, ему будет казаться, что именно он находится в центре расширения, вернее растяжения вереницы машин, так как все остальные машины — и передние и задние — будут от него удаляться: передние уходить все дальше и дальше, задние — все сильнее отставать.

Точно так же и метагалактическое красное смещение свидетельствует лишь об увеличении расстояний, отделяющих от нас другие галактики, но вовсе не о том, что именно мы находимся в центре. Если бы мы переместились в какую-либо иную галактику, нам стало бы казаться, что именно она является центральной.

— А теперь, — сказал я, — мне хотелось бы взглянуть на всю проблему, так сказать, с противоположной стороны. Что было бы, если бы Метагалактика не расширялась, а, скажем, сжималась?

— Если бы сжатие длилось уже миллиарды лет, мы вместо красного смещения в спектрах галактик наблюдали бы фиолетовое, — заметил Зельманов. — Сдвиг излучения происходил бы в сторону более высоких частот и яркость неба была бы не ослаблена, как это имеет место в действительности, а, наоборот, усилена. В подобных условиях в нашей области Вселенной жизнь не могла бы существовать.

— Значит, мы отнюдь не случайно живем именно в расширяющейся системе галактик и наблюдаем именно красное смещение в их спектрах?

Зельманов улыбнулся:

— По этому поводу я обычно говорю так: мы являемся свидетелями природных процессов определенного тина, потому что процессы иного типа протекают без свидетелей. В частности, жизнь невозможна на ранних стадиях расширения и на поздних стадиях сжатия.