Почему галактики уносятся от нас? Означает ли это, что мы находимся в центре Вселенной, в месте Большого взрыва? Так это или нет? Идентифицирует ли диаграмма Хаббла привилегированную галактику в центре Вселенной? Существует ли уникальный центр расширения?
Доплеровский сдвиг
Мы можем измерить, с какой скоростью галактика движется к нам или от нас, по доплеровскому смещению. Дробный сдвиг длины волны равен радиальной скорости, деленной на скорость света. Если длины волн растягиваются до больших значений, к красному концу спектра, то галактика удаляется от нас. Аналогично, если спектр смещен в синий цвет, галактика приближается к нам.
Когда мы проделаем это для нескольких десятков самых ярких галактик на небе, мы обнаружим, что радиальные скорости повсюду. Андромеда и Треугольник приближаются к нам, другие удаляются от нас. Но когда мы делаем это для более далеких галактик, происходит странная вещь. Они почти все смещены в красное. Они все стремительно удаляются от Млечного Пути. Впервые это было обнаружено в начале ХХ века.
Цефеиды
Вычисление расстояний традиционно является самой сложной частью астрономии. Один из способов посчитать расстояние основан на переменных звездах цефеид. Цефеиды пульсируют, светясь то ярче, то слабее, с регулярным периодом. Установлено, что этот период тесно связан со светимостью. А если мы можем измерить период, мы можем рассчитать светимость, и мы можем использовать соотношение поток-светимость для вычисления расстояния.
Но отдельные цефеиды не могут быть обнаружены за пределами примерно 50 мегапарсек. Чтобы достичь большего, мы наблюдаем за сверхновыми типа 1a, которые взрываются всегда с одинаковой энергией или с почти одинаковой. Они достаточно предсказуемы и, если мы измерим цвет и продолжительность послесвечения, мы сможем рассчитать его яркость с точностью до нескольких процентов. И они достаточно яркие, их хорошо видно на расстоянии миллиардов световых лет.
Диаграмма Хаббла
Когда мы измеряем лучевые скорости и расстояния до множества галактик и наносим одну на график относительно другой, мы видим очевидную закономерность, прямую линию: V пропорционально D. Диаграмма такого типа, опубликованная Эдвином Хабблом в 1929 году, стала первым четким доказательством Большого взрыва потому, что V пропорционально D – это то, чего все ожидают от взрыва.
Однако история не так проста. Есть галактики, удаляющиеся с разными скоростями. В конце концов, гравитация замедляет движение и снова собирает галактики вместе. Кроме того, диаграмма Хаббла не подразумевает, что где-то во Вселенной есть какая-либо привилегированная «центральная» галактика.
Нет никакого «центра»
Представьте себе тесто с изюмом. Включается духовка, и тесто начинает расширяться; хлеб поднимается. Мы увидим, как все изюминки удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию. И у них нет никакого уникального «центра» расширения.
Наша Вселенная заполнена большим количеством изюминок, каждая со своим вектором положения. Однажды мы измерим положения и скорости всех галактик. И будем использовать систему координат, в которой наша галактика будет находиться в начале координат.
Поворачиваем время вспять
Но что произойдет, если мы повернем время вспять? Галактики начнут сближаться. Смогут ли они встретиться все в одной точке? Не факт. Общая теория относительности описывает Большой взрыв как расширение всего пространства из состояния бесконечной плотности, а не взрыв, произошедший в одном месте.
В мире выпечки нам нужно представить бесконечную буханку хлеба с изюмом. Если мы повернем время вспять и понаблюдаем, то увидим, как изюминки сблизятся, но они по-прежнему будут бесконечны во всех направлениях. Мы просто помещаем в поле нашего зрения все больше и больше изюма, и хлеб становится все плотнее и плотнее, пока в нулевой момент времени он не станет повсюду бесконечно плотным.
