Всесвіт: безмежний і скінченний

Минулого літа в Європейському фізичному журналі (серія H) вийшла стаття директора Астрономічної обсерваторії ЛНУ ім. І. Франка, члена Міжнародного астрономічного союзу Богдана Новосядлого, в якій він описував причетність Леметра і Габбла до відкриття закону про швидкість розбігання галактик. Це була не перша, а радше остання публікація в цій науковій дискусії, яка закінчилася тим, що в серпні 2018 року Генеральна асамблея Міжнародного астрономічного союзу проголосувала за переїменування закону на закон Габбла-Леметра, а в кінці жовтні це рішення підтрмали усі члени МАС.

Науковці називають цю подію відновленням історичної справедливості. Говоримо про це докладно із Богданом НОВОСЯДЛИМ:

— Це звучить дивно, але в науці так буває, коли чийсь вклад незаслужено недооцінять. Отож, минуло 92 роки від часу відкриття і 52 роки після смерті Жоржа Леметра. Саме він – перший відкривач закону  розбігання галактик “на кінчику пера”, адже на  основі рівнянь зальної теорії відносності Айнштайна вивів закон, відповідно до якого будь-які частинки в однорідному ізотропному Всесвіті будуть віддалятися одна від одної зі швидкістю, прямо пропорційною до відстані.

Отже, Леметр перший про це написав?

— Щодо закону розбігання галактик — так,але щодо ідеї нестаціонарного Всесвіту — ні. 1922 року про це вперше  сказав Олександр Фрідман. Саме його вважають відкривачем моделей нестаціонарного Всесвіту, в яких розбігання галактик — одна із можливостей.

Насправді історія дуже цікава, однак і дещо заплутана. Вперше рівняння до опису Всесвіту як цілого використав Айнштайн. Це було 1917 року. На той час вважали, що Всесвіт статичний, незмінний і вічний. Айнштайн був переконаний, що побачив у своїх рівняннях хибу, адже з них не випливала така  модель. Тому він до рівнянь, отриманих роком раніше,  додав  сталу величину, яку тепер називають космологічною сталою. Так з’явилася теоретична модель статичного Всесвіту. Вона виявилася безмежною, скінченою і замкнутою. Перше означає, що куди б і як довго ми не рухалися в ньому, ніколи не досягнемо його краю, бо його не існує (як не існує краю поверхні Землі). Друге — його об’єм, кількість галактик, зір та будь-чого у ньому ― скінченні числа. Замкнутість означає, що спостерігач, рухаючись в одному напрямку, повернеться у вихідну точку (як подорож довкола Землі). Айштайну  така модель подобалося, він вважав її успіхом теорії. Однак 1922 року Олександр Фрідман перший показав, що рівняння з  космологічною сталою в загальному випадку не є стаціонарними: вони  можуть описувати Всесвіт, який розширюється або стискається як із космологічною сталою, так  і без неї. Лише за певних співвідношень між сталими ―  космологічною сталою, яку впровадив Айнштайн, масою Всесвіту і параметром  кривини — існує статична модель Всесвіту Айнштайна. А це є спеціальним  розв’язанням  загальних рівнянь, чого фізики й математики не дуже люблять — вони вважають, що це радше виняток, ніж правило.

Що це означало?

— Отже, після робіт Фрідмана вважали, що загальна теорія відносності передбачаєнестаціонарну модель Всесвіту. Але яким він є насправді — на це запитання мали б дати відповідь спеціальні вимірювання спектрів далеких галактик та відстаней до них. Обидва є непростими задачами й сьогодні, а в ті часи їх тільки-но розпочинали. Червоні зміщення ліній поглинання в спектрах далеких галактик вказували на розбігання — рух “усіх від усіх” (як цятки на поверхні гумової кульки, яку надувають). За ними Ґ. Стромберґ визначив радіальні швидкості 43 галактик.

Леметр використав його визначення для оцінки величини темпу розбігання галактикОскільки для цього потрібно було ще мати відстані до цих галактик, а цього не було, то він оцінив їх, припустивши, що всі вони мають однакову світимість. І отримав результат, згідно з яким галактики, що перебувають на відстані від земного спостерігача на один меґапарсек (це приблизно 3.26 мільйонів світлових років), віддаляються зі швидкістю, більшою на 630 кілометрів за секунду. Аналіз космологічних моделей, виведення знаменитої формули “швидкість віддаляння галактик прямо пропорційна відстані до них”, та оцінка величини K — все це детально викладено в одинадцятисторінковій статтi “Однорiдний Всесвiт постiйної маси i зростаючого радiуса, що враховує радiальну швидкiсть позагалактичних туманностей” у працях Брюсcельського наукового товариства (Annales de la Societe Scientifique de Bruxelles) за 1927 рік. 

А яка заслуга Едвіна Габбла?

— Габбл через два роки отримав такий самий закон (V=Kr), зіставивши емпіричні дані про спектри 23 галактик та відстані до них. Останні були визначені на основі даних про блиск найяскравіших зір, встановлених спектральних класів та виявлених цефеїд в інших галактиках. Такі визначення відстаней були надійнішими, звичайно, ніж оцінка Леметра. До того ж, Габбл врахував власний рух земного спостерігача у цих вимірах. Отримана ним величина темпу розбігання галактик складала 465±50 кілометрів за секунду на один меґапарсек. І хоча обидві величини далекі від сьогоднішніх визначень (70±4 у тих самих одиницях), однак це було важливим відкриттям, яке вказувало на розширення Всесвіту.    

Едвін Габбл

І про це дізнався світ?

— Так. Треба сказати, що американські журналісти зробили Габблу дуже добру рекламу на підставі цієї роботи. В 50-ті роки минулого століття Георгій Гамов у своїй науково-популярній книзі назвав цей закон розширення Всесвіту законом Габбла. З погляду космології ХХІ століття, ситуація така: співвідношення Габбла підтвердило ідею Олександра Фрідмана про нестаціонарний Всесвіт і вказало на характер цієї нестаціонарності — розширення Всесвіту. У роботах Фрідмана 1922 року не було виписано співвідношення між швидкістю і відстанню, в них показано, як змінюються густина та відстані у Всесвіті, а в роботі Леметра 1927 року крім цього виведено ще й закон, який описує розбігання галактик. Його тривалий час одноосібно приписували Габблу, який встановив його на основі експериментальних визначень швидкості галактик та відстаней до них.

Тобто Леметра тоді недооцінили?

— Я б не сказав, адже вже 1954 року Міжнародна астрономічна спілка висувала Жоржа Леметра на присудження Нобелівської премії за відкриття закону розширення Всесвіту, який підтвердив Едвін Габбл, проте тоді перемогу здобули інші номінанти.Але дискусії про пріоритет у відкритті цього закону тривали ще донедавна… Природно, що європейські вчені, розуміючи справжню причину такої недооцінки ролі Леметра, час до часу піднімали голоси про її значимість.

А власне у чому справжня причина?

— Річ у тім, що свою статтю Леметр опублікував 1927 року у бельгійському франкомовному журналі, який тоді був не дуже відомим, тому провідні англомовні фахівці її не помітили. Але 1931 року, коли вже цей закон був відомим серед науковців, один із провідних у світі англомовних наукових журналів Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) запропонував Леметру перекласти статтю  з французької на англійську й опублікувати у їхньому журналі.  Леметр це зробив.

Жорж Леметр з Альбертом Анштайном

Судячи з його листування, він сам перекладав статтю, але зробив деякі купюри, тобто не все, що було у франкомовній статті, залишив в англомовній. І саме частину, яка стосувалася визначення величини темпу розбігання галактик, опустив. У листі до редактора журналу він пояснив так: «Оскільки Габбл зробив це на основі кращих даних про відстані до галактик, то  в перекладі моєї роботи цю частину можна опустити». Залишено теорію, яка пояснює емпірично виявлений факт розбігання галактик. Це пояснення знайдене у приватному архіві тодішнього редактора.  Маємо рідкісний в науці випадок, коли відкривач вважав, що його колега, який оцінив цю величину точніше, має пріоритет. Рідкісна академічна скромність!!!

Цікаво…

— Тривалий час науковці навіть вважали, що саме рецензенти англомовного журналу зумисне цю частину викинули з перекладеної статті аби залишити пріоритет Габбла.

Позаяк Леметр і Габбл жили в один час, лише в різних країнах, то чи вони зустрічалися, спілкувалися?

— Так. Точно маємо факт, що вони обоє 1929 року були членамиГенеральної асамблеї міжнародної астрономічної спілки у Брюсселі: Габбл як делегат, а Леметр — як один з організаторів країни, що приймала цей захід.

Ймовірно, що вони спілкувалися, можливо, навіть обговорювали цей факт, бо Леметр цікавився спостереженнями щодо червоних зміщень галактик, тобто експериментального підтвердження цієї ідеї, але документальних даних про цей факт немає.

Також є свідчення, що Леметр і Габбл спілкувалися у 30-ті роки, Габбл знав про роботи Леметра, можливо, навіть тоді, коли публікував свою статтю. Чи він навмисне не зіслався на Леметра? Зараз не можемо про це говорити і не думаю, що  треба спекулювати на цю тему, бо стаття Габбла в працях Національної академії наук за березень 1929 року була коротка (6 сторінок формату А5), а посилання — в основному на роботи спостережувального характеру.  У ній не було потреби згадувати і цитувати все і всіх, хто на цю тему щось написав.  Тому я не робив би тут “політики”, не звинувачував би Габбла в недоброчесності,  оскільки він сам уже не може  себе захистити.

Цікава постать Леметра. Він провадив монаше життя, був настоятелем монастиря і водночас — науковець-астроном.

— Це не поодинока особистість в історії, коли релігійний діяч був видатним науковцем.Як бачимо, щира віра в Бога і відданість науці не суперечать одне одному. І в наш час є такі люди. Скажімо, я недавно спілкувався з Міхалом Геллером з Кракова. Це колишній соратник Краківського митрополита Кароля Войтили, який пізніше став Папою Іваном Павлом ІІ, з яким вони разом організовували міждисциплінарний науковий семінар, що пізніше переріс в Центр міждисциплінарних досліджень імені Коперника (Ягеллонський університет та Папський університет імені Івана Павла ІІ).   Інший приклад — астрономічна обсерваторія у Ватикані, що має своїх астрономів, які працюють на дуже доброму науковому  рівні. Отже, наука і духовне життя — це не рідкість чи щось надзвичайне.

Жорж Леметр з Папою Іваном XXIII. Ватикан.1960 рік.

Ім’я Леметра доволі відоме в науковому світі. Його іменем названо кілька законів, є рівняння Фрідмана-Леметра. Можливо, що цей закон треба було б називати не Габбла-Леметра, а Леметра-Габбла. Але компроміс є! Оскільки  у відкритті законів фізики, астрофізики експеримент та спостереження є стрижневими, то у назві віддають перевагу спостереженням. І вже те, що ім’я Леметра є в назві закону, спонукатиме науковців чи молодих студентів зацікавитися, хто ж він такий та прочитати його роботу в оригіналі, котра дуже  добре написана.

Що дало відкриття закону на той час?

— Це був бурхливий період розвитку фізики та космології, коли активно обговорювали фундаментальні питання світобудови, того, яким є наш Всесвіт: чи він вічний інезмінний, а чи змінюється, розширюється, стискається, як це булопередбачено загальною теорією відносності. І не можна сказати, що всі тодішні фізики сприймали цю теорію. Деякі вважали, що це непорозуміння, що Всесвіт має бути вічним і незмінним, як стверджувала супротивна теорія, автори якої довго й активно сперечалися з прихильниками нестаціонарної моделі Всесвіту…

Відкриття Леметра – одне з великих фундаментальних відкриттів, що дало нам розуміння того, яким є наш світ.  Цю модель (і за його життя, і після смерті) підтвердили численні спостережувані дані,  пов’язані з космологічними масштабами.  Його роботи є основою сучасних моделей світу.

Як відбувалося  голосування? Чи мало воно якісь особливості?

— Міжнародна астрономічна спілка (МАС) нараховує близько 134 тисяч членів. Її остання Генеральна асамблея відбулася торік у серпні, у Відні. Через відрядження до іншої частини світу я не зміг взяти участь у ній. Але напередодні, у липні, в Європейському фізичному журналі (серія H) вийшла моя стаття, де я описував причетність Леметра і Габбла до відкриття цього закону. Я навіть порівнював числа, які отримав Леметр і Габбл. І дуже відрадно, що вже в серпні це питання так широко висвітлили у мас-медіа, оскільки його активно обговорювали на Генеральній асамблеї МАС. Слід уточнити також, що моя стаття була не першою і не єдиною на цю тему, можливо, останньою… Саме засідання відбувалося так, що питання надання закону Габбла імені Габбла-Леметра обговорювали двічі, на початку і вкінці — щоб учасники могли подискутувати. Тому голосували останнього дня, 30 серпня. Ідею перейменування закону підтримало 74% присутніх, але Асамблея вирішила звернутися  всіх членів МАС і провести електронне голосування. Воно завершилося 28 жовтня. За результатами, 78% членів МАС підтримало цю ідею.

Розмовляла Ірина МАРТИН

26.02.2019
Дякуємо: zbruc.eu

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан. Обязательные для заполнения поля помечены *

*