К несчастью для него, все астрономы в то время считали Вселенную равновесной. Вот и пришлось, скрепя сердце, вписать в систему уравнений «антигравитационный» член для удерживания массы — энергии, обозначив его греческой буквой лямбда. Это добавление впоследствии получило известность как космологическая константа (поскольку предполагалось, что ее влияние начинает ощущаться лишь на расстояниях в световые годы, а в пределах Солнечной системы оно пренебрежимо мало) и было сделано с множеством извинений и оговорок. По признанию самого Эйнштейна, космологическая постоянная «не подтверждается нашим действительным знанием о гравитации». Появилась она единственно затем, чтобы свести концы с концами в уравнениях статичной Вселенной. Жаль, никого в тот момент не заинтересовали расчеты Весто Слайфера.
Слайфер воспользовался телескопом Кларка, чтобы установить, перемещаются ли галактики относительно Земли. Для этого он применил спектрограф — прибор, который разлагает свет, попадающий в телескоп, на хроматические составные части. Анализируя спектры свечения далеких галактик (как думали в то время — спиральных туманностей неясной природы), Слайфер обнаружил, что цветовые составляющие света изменяются в зависимости от того, приближается к нам туманность либо удаляется от нас. Видение цвета — это наш способ воспринимать частоту электромагнитного излучения в оптическом диапазоне, а частота эта — не что иное как количество световых волн в единицу времени. Когда мы любуемся радугой, то видим излучение разных частот. Фиолетовый цвет соответствует относительно высокой частоте и малой длине волн, красный — наоборот; все остальные занимают определенные места между красным и фиолетовым.
Добавив к этому фактор скорости движения, мы получаем так называемый эффект Доплера: частота светового излучения меняется таким же образом, как частота (длина) звуковых волн, испускаемых автомобильной сиреной, когда карета «скорой помощи» проносится по улице мимо нас. Если бы радуга, как та машина, надвигалась на наблюдателя с огромной скоростью, то ее спектральные линии сместились бы в фиолетовую зону: количество волн, принимаемых каждый миг, растет по мере приближения. Это называется фиолетовым или синим смещением. Если же источник света помчится прочь, то количество волн будет ежесекундно сокращаться, а частота излучения — сдвигаться в красную зону: это красное смещение.
То же самое происходит со светом далеких звезд. Если «туманность» двигалась к телескопу Слайфера, то в ее свечении обнаруживалось фиолетовое смещение. Галактики, удаляющиеся от Земли, давали красное смещение. Величина смещения позволяет судить о скорости движения.
К концу 1912 года Слайфер завершил анализ четырех спектрограмм. Три из них имели красное смещение, у одной — туманности Андромеды — обнаружилось фиолетовое. За следующие два года он измерил параметры движения еще двенадцати галактик. Все они, кроме трех, оказались «красными». Результаты были настолько поразительны, что в августе 1914 года, когда Слайфер представил их на собрании Американского астрономического общества, весь зал встал и устроил овацию.
Слайфер — один из невоспетых героев астрономии
[2]. Согласно биографии, изданной Национальной академией наук США, он, «очевидно, совершил больше фундаментальных открытий, чем любой другой астроном-наблюдатель двадцатого века». И при таком вкладе основное признание ему досталось лишь на двух космических картах — Луны и Марса. Там, за пределами небес, его имя носят два кратера.
Причина в том, что Слайфер не имел привычки обнародовать свои открытия по всей форме. Иногда он публиковал краткие сообщения о результатах, в большинстве же случаев ограничивался перепиской с коллегами. Как сказано в официальной биографии, Слайфер был «сдержанным, осторожным, скрытным человеком, всячески избегал рекламы и даже редко посещал научные собрания». Августовский бенефис 1914 года стал, судя по всему, исключением. Но именно он указал английскому астроному Эдвину Пауэллу Хабблу путь к личной славе.
Космолог из Кембриджского университета Стивен Хокинг в своей книге «Мир в ореховой скорлупке» делает колкое замечание. Сопоставив хронологию научных результатов Слайфера и Хаббла, из которой фактически следует, что второму приписали приоритет в открытии разбегающейся Вселенной, сделанном в 1929 году, Хокинг обращает внимание на первое публичное обсуждение спектрограмм Слайфера — то самое, когда аудитория, встав с мест, разразилась аплодисментами. Хаббл, как пишет Хокинг, присутствовал на этой презентации.
В 1917 году, пока Эйнштейн выяснял у астрономов их взгляды на динамику Вселенной, наблюдения Слайфера уже показали, что из двадцати пяти туманностей двадцать одна мчится прочь от Земли и лишь четыре приближаются. Все они движутся с огромной скоростью, в среднем более двух миллионов километров в час. Это вызвало настоящий научный шок, поскольку звезды, видимые на небе, ничего подобного обычно не совершают; а ведь в то время считалось, что Млечный Путь и есть вся Вселенная, практически неподвижная относительно Земли. Слайфер перевернул прежние представления. Спиральные туманности, по его предположению, — это «звездные системы, наблюдаемые с очень больших расстояний». Тем самым он как бы невзначай открыл, что космос полон роями галактик, которые стремительно движутся куда-то прочь.
Когда эти вычисления были опубликованы в «Ученых записках Американского философского общества»
[3], им никто не придал особого значения, — а Слайферу, разумеется, характер не позволял требовать внимания к себе. Однако Хаббл, по всей очевидности, взял его успехи на заметку. Он попросил у Слайфера подборку данных для своей работы по теории относительности, и тот в 1922 году послал ему таблицу галактических скоростей. Семь лет спустя Хаббл, объединив результаты наблюдений Слайфера и еще нескольких астрономов со своими собственными, сделал сенсационный вывод.
Если взять галактики, удаляющиеся от Земли, и сопоставить распределение их скоростей с расстояниями от наблюдателя, то выяснится: чем дальше от нас галактика, тем больше ее скорость. Если одна убегающая галактика находится вдвое дальше другой, то она и движется в два раза быстрее «ближней». Если дальше втрое — скорость возрастает соответственно. У Хаббла имелось лишь одно вероятное объяснение. Галактики можно уподобить конфетти, облепившим воздушный шарик; если тот начнет раздуваться, а затем лопнет, бумажные кружочки не продолжат плавно раздвигаться, а разлетятся в разные стороны. Так Хаббл установил, что Вселенная разбегается.
То было бурное время для науки. Идея Большого взрыва, впервые зародившаяся в 1920-е годы, очутилась на острие космологических теорий. Но если Вселенная расширяется, значит, в некий предыдущий момент она была и меньше, и плотнее. Астрономы стали задаваться вопросом, как выглядел космос в исходном состоянии. Работа Весто Слайфера послужила первым свидетельством об истоках всего нашего мироздания. Но она же в конечном счете привела к открытию, что большая часть Вселенной непостижима для нас.
