Великие дебаты в космологии начались сто лет назад и продолжаются до сих пор.

Астрономы и космологи не отличаются удивительным умением произносить прилагательные. Возьмите Очень Большой Телескоп, Европейский Чрезвычайно Большой Телескоп или даже Большой Взрыв. Но они не ошиблись насчет события 1920 года, которое сейчас называют Великими дебатами.

В Национальной академии наук США в Вашингтоне была весна, и два великих астронома положили начало одному из самых спорных вопросов в этой области, высказав противоположные мнения по поводу того, что они называли Масштаб Вселенной. Видите ли, Вселенная расширяется. В каждый момент времени между звездами появляется все больше пространства, и все становится все дальше и дальше друг от друга. И, как мы теперь знаем, это происходит все быстрее и быстрее.

Это расширение учитывается в астрономических расчетах числом, называемым постоянная Хабблавведенное астрономом Эдвином Хабблом в 1929 году. Но споры о том, что это за число – насколько быстро Вселенная увеличивает вселенную – начались задолго до этого года. В начале 1900-х годов многие учёные думали, что галактика Млечный Путь — это вся Вселенная. В конце концов, у нас ещё не было технологий, позволяющих заглянуть за пределы нашей собственной галактики. Несколько странных пятен изменили все. Сначала эти пятна назвали спиральными туманностями, и космологи всего мира были поглощены спорами о том, находятся ли они внутри нашей галактики или же они действительно сами являются галактиками.

В 1920 году все эти споры завершились Великими дебатами. Два известных исследователя, Харлоу Шепли и Хибер Кертис, выступили с подготовленными докладами перед широкой публикой о том, были ли спиральные туманности, включая то, что мы сейчас называем Андромедой, небольшими облаками на краю нашей галактики (что означало бы, что наша галактика была единственным объектом), или же туманности на самом деле были галактики за пределами нашей собственной, подразумевая гораздо большую и дикую вселенную.

Аргумент Шепли был основан на измерениях расстояний до звезд, известных как переменные цефеид, что привело его к убеждению, что мы живем в огромной галактике шириной около 300 000 световых лет. Это в 10 раз больше, чем предполагалось ранее, и, по словам Шепли, спиральные туманности не могли быть дальше этого.

Кертис, с другой стороны, утверждал, что эти странные туманности были так называемыми островными вселенными – по сути, другими галактиками. Он наблюдал за взрывами звезд, называемых новыми, и обнаружил, что в Андромеде их больше, чем на остальных звездах. Млечный Путь. Он рассуждал: если бы это была лишь небольшая часть нашей галактики, почему бы там было так много взрывов, чем в любой другой части? Кроме того, спиральные туманности, казалось, очень быстро перемещались по галактике. Если бы они действительно двигались так быстро, они никак не могли бы быть гравитационно связаны с нашей галактикой и при этом соответствовать преобладающим в то время моделям астрофизики.

Эти двое представили свои аргументы в паре лекций, за которыми последовала серия статей, но к какому-либо выводу прийти не удалось, и стенограмм лекций не сохранилось. На мой взгляд, это были не просто Великие Дебаты, а Первые Большие Дебаты. Хотя Кертис в конечном итоге оказался прав, споры о постоянной Хаббла – и, следовательно, о размере и возрасте нашей Вселенной – продолжаются. И хотя сегодняшние аргументы основаны на более новых и лучших данных, чем те, которые были у нас в 1920 году, они построены на фундаменте, заложенном Шепли и Кертисом.

Постоянная Хаббла измеряется в единицах, называемых километрами в секунду на мегапарсек. Мегапарсек составляет чуть более 3,25 миллиона световых лет, что делает его единицей измерения, которую астрономы используют для измерения особенно огромных расстояний. Постоянная Хаббла, равная 1, означает, что на каждый мегапарсек, который мы удаляем от нашей позиции на Земле, объекты удаляются от нас на 1 километр в секунду быстрее. Подумайте об этом так: если каждый метр пространства становится длиннее на 1 сантиметр, то то, что раньше находилось на расстоянии 1 метра, отодвигается совсем немного, а то, что раньше находилось на расстоянии 1700 километров, удаляется очень сильно. Первоначальное значение постоянной Хаббла, рассчитанное самим Хабблом в 1929 году, составляло около 500 километров в секунду на мегапарсек, поэтому он считал, что на каждый мегапарсек, который мы удаляем от Земли, галактики уносятся на 500 километров в секунду быстрее.

Эта цифра сразу же вызвала споры. Во-первых, если мы предположим, что Вселенная расширялась с одинаковой скоростью с момента ее возникновения – то, что мы обычно предполагали тогда, хотя сейчас это уже не считается правдой – это будет означать возраст Вселенной составлял около 2 миллиардов лет. А благодаря радиоактивному датированию горных пород мы уже в 1920-х годах знали, что возраст Земли составляет по меньшей мере 2 миллиарда лет, если не старше. Итак, если бы постоянная Хаббла была равна 500, это могло бы означать, что наша планета старше Вселенной, что не может быть правдой.

Примерно к 1980-м годам все сложилось так, что большинство астрономов придерживались одного из двух взглядов на постоянную Хаббла. Это снова напоминало замедленный Великий Дебат, на этот раз между французским астрономом Жераром де Вокулером и американцем Алланом Сэндеджем. Де Вокулер считал, что постоянная Хаббла равна примерно 100, а Сэндидж считал, что она ниже, около 50. Они использовали схожие методы, но каждый не соглашался с предположениями и измерениями другого. Они писали статьи по этому поводу более десяти лет, и ни один не сдвинулся с места.

Ситуация снова начала меняться в 90-е годы, когда телескопы снова значительно улучшились с запуском космического телескопа «Хаббл» и прибытием молодого космолога по имени Венди Фридман. Она возглавляла проект, получивший название «Ключ Хаббла», в рамках которого измерялись все виды объектов – включая переменные цефеиды, сверхновые и другие так называемые стандартные свечи, предсказуемая светимость которых делает их столь важными для понимания постоянной Хаббла – с гораздо большей точностью, чем мы имели доступ раньше. Эти усилия в конечном итоге привели к тому, что значение постоянной Хаббла составило около 72. Со временем все другие методы, использующие стандартные свечи для измерения расстояний, медленно сходились к одному и тому же значению. Даже самые последние стандартные измерения свечей показывают, что постоянная Хаббла составляет около 73 километров в секунду на мегапарсек.

Это означает спор о постоянной Хаббла был разрешенверно? Очень нет. В начале 2000-х годов астрономы начали использовать космический микроволновый фон (CMB), остатки света от Большого взрыва, для измерения расширения Вселенной. В то время как все остальные прямые измерения называются лестницей локальных расстояний, этот метод основан на измерении состояния ранней Вселенной и его экстраполяции вперед с использованием наших лучших моделей Вселенной. Метод CMB дает постоянную Хаббла около 67.

Теперь у нас снова великие дебаты – третьи, если считать. На этот раз это не 50 против 100; это 67 против 73, так что мы приближаемся. Но обе стороны одинаково непреклонны в том, что с их измерениями проблем нет.

Вместе с дискуссией о том, какая постоянная Хаббла является правильной, возникает еще одна, более широкая дискуссия: может ли оба измерения верны? Известный как напряжение ХабблаЭто говорит о том, что по мере того, как измерения с помощью лестницы расстояний становятся все более точными и когда мы исключаем все больше и больше возможных источников ошибок, аргумент в пользу того, что они оба правы, становится все сильнее и сильнее – а это может означать, что нам нужна совершенно новая физика, о которой мы еще не думали.

Эта современная версия Великого спора сложнее, чем когда-либо, поэтому разрешить ее будет еще труднее, хотя обе стороны стали ближе друг к другу, чем когда-либо. Чтобы прийти к окончательному выводу, нам понадобятся более независимые методы измерения постоянной Хаббла. Фридман работает над несколькими из них, используя разные типы звезд, а другие астрономы используют более экзотические методы, которые включают анализ распространения гравитации во Вселенной, чтобы достичь совершенно независимых измерений космического расширения. На данный момент дебаты продолжаются.

Круиз на полное солнечное затмение 2027 года: Испания и Марокко

Отправьтесь в необычное путешествие на борту современного экспедиционного корабля «Дуглас Моусон», чтобы стать свидетелем самого продолжительного полного солнечного затмения, оставшегося в этом столетии, которое произойдет 2 августа 2027 года.