Мы не можем видеть, как они выглядят в настоящее время (ибо для этого мы должны перенестись на несколько миллиардов лет в будущее), потому мы способны изучать только их прошлое. Таким образом, проникая все дальше и дальше в просторы Вселенной, мы погружаемся все глубже и глубже в пучину времени. Двигаясь к границам Метагалактики, мы как бы получаем развертку событий во времени. Это обстоятельство, как мы увидим ниже, кладет практический предел нашему проникновению в пространство, устанавливает своего рода горизонт, за пределы которого мы проникнуть не можем. Это связано с расширением Вселенной, о котором мы расскажем в следующем параграфе.
Рассмотрим распределение вещества в Метагалактике. В малых объемах (малых по сравнению с размером Метагалактики) вещество распределено крайне неравномерно. Действительно, подавляющая часть вещества сосредоточена в звездах, звезды группируются в скопления, образуют различные составляющие (плоскую, сферическую), межзвездное вещество в галактиках также распределено неравномерно. Сами галактики образуют группы, скопления и сверхскопления. Иное дело в больших масштабах; при осреднении по большим объемам (больше характерного размера ячеистой структуры) средняя плотность вещества остается постоянной[120]. Можно провести следующую аналогию. Представим себе некое сложное химическое соединение, молекулы которого равномерно распределены в пространстве. Очевидно, если мы выделим какой-либо объем, содержащий достаточное количество молекул, средняя плотность вещества в таком объеме будет постоянной, независимо от его расположения. Но если мы проникнем внутрь этой молекулы, ситуация изменится коренным образом. В одном из выделенных объемов будут находиться одни атомы (более тяжелые), а в другом — более легкие. Далее, в самих атомах масса распределена крайне неравномерно: подавляющее часть ее сосредоточена в атомном ядре, занимающем ничтожную долю объема атома. Похожая картина наблюдается и для распределения вещества в Метагалактике, где роль «молекул» играют элементы ячеистой структуры.
Однородность Вселенной в больших масштабах — это ее важнейшее свойство, с однородностью связано расширение Вселенной — факт, имеющий ключевое значение для понимания истории ее развития. С расширением Вселенной мы и познакомимся в следующем параграфе.
2.2. Эволюция Вселенной
Выдыхание «Непознаваемой Сущности» рождает мир, а вдыхание заставляет его исчезнуть. Этот процесс продолжается извечно, и наша Вселенная есть лишь одна из бесконечных серий, не имеющих ни начала, ни конца.
«Тайная Доктрина»
Одна из важнейших (может быть, самая важная!) особенность астрономии XX века состоит в том, что она стала «насквозь» эволюционной. В течение веков в европейской культуре господствовало представление о стабильности Вселенной. В отличие от изменчивого мира земной природы, Небеса представлялись эталоном неизменяемости, царством непреходящего порядка, существующего от Вечности. Начиная с Канта, эволюционные идеи проникают в астрономию, но они касаются происхождения и эволюции отдельных небесных объектов: происхождение Солнечной системы, эволюция звезд и т.д. Что же касается Вселенной в целом, то она остается неизменной и «безразличной» по отношению к любым локальным изменениям, происходящим в отдельных ее частях — подобно кристаллу, на неизменности и совершенстве которого не сказываются внутренние молекулярные движения. Во второй четверти XX века эти представления подверглись глубочайшему изменению. «XIX век покончил с метафизической традицией в истории и биологии. На долю XX века выпало обосновать эволюционную точку зрения для мира как целого»[121]. Решающую роль здесь сыграло открытие фундаментального факта расширения Вселенной и появление космологических теорий эволюции Вселенной как целого. Наряду с возникшей позже, уже во второй половине века, теорией самоорганизации материи[122], которая вводит эволюционные представления в физику, космология расширяющейся Вселенной открыла путь к становлению идеи глобального эволюционализма.
2.2.1. Вселенная расширяется
При начале периода деятельности, говорит Тайная Доктрина, в силу повиновения вечному и непреложному закону, совершается распространение этой Божественной Сущности... и феноменальный или видимый мнр является конечным результатом длинной цепи космических сил, последовательно приведенных в движение. Так же, когда наступает возвращение к пассивному состоянию, происходит сокращение Божественной Сущности, и предыдущее созидание постепенно и последовательно растворяется. Видимый мир разлагается, его материя рассеивается, и единая «Тьма», еще раз одинокая, лежит над ликом «Бездны».
Е. П. Блаватская
Расширение Вселенной было открыто Э. Хабблом в 1929 г. по наблюдениям с 2,5-метровым телескопом обсерватории Маунт Вилсон. Это открытие основано на результатах измерения лучевых скоростей галактик. Лучевой скоростью называется составляющая полной скорости, направленная вдоль луча зрения наблюдателя. Она определяется по доплеровскому смещению спектральных линий. Если галактика удаляется от нас, все линии в ее спектре смещены в сторону красного конца, т. е. длины волн их возрастают; если галактика приближается к нам, линии смещаются к фиолетовому концу, длины волн их убывают. Величина смещения Δλ зависит от лучевой скорости галактики Vr . Если эта скорость много меньше скорости света, то
здесь с — скорость света, λнабл— наблюдаемая длина волны, λ — лабораторная длина волны, т. е. длина волны линии в случае неподвижного источника. Зная из наблюдений величину Δλ, можно определить лучевую скорость Vr .
Первые измерения лучевых скоростей галактик были выполнены В. Слайфером на Ловелловской обсерватории в самом начале XX века. Уже эта измерения показали, что галактики обладают колоссальными скоростями в несколько сотен километров в секунду, во много раз превосходящими скорости звезд. Причем подавляющая часть галактик имеет положительные лучевые скорости. Это могло означать, что Солнце движется относительно наблюдаемой системы галактик со скоростью в несколько сотен км/с, илн рой галактик удаляется от Солнца с той же, но противоположно направленной скоростью. Так как каждая галактика роя имеет еще свою собственную скорость, то наблюдаемая скорость галактики складывается из скорости удаления всего роя и скорости движения каждой галактики внутри роя. Чтобы разобраться в картине движения, надо было иметь лучевые скорости для большого числа галактик. Слайферу, с его 60-сантиметровым телескопом, эта задача была непосильна, он мог измерять лучевые скорости только самых близких галактик.
В конце 1920-х годов в измерение лучевых скоростей галактик включилась Маунт Вилсоновская обсерватория. Спектры галактик на 2,5-метровом телескопе получал М. Хьюмасон, а расстояния до них по наблюдениям на том же телескопе определял Хаббл. В 1929 г., накопив достаточный наблюдательный материал, Хаббл сопоставил данные о лучевых скоростях галактик с расстояниями до этих галактик. Оказалось, что скорость удаления галактик пропорциональна расстояниям до них (рис. 2.2.1). Чем дальше расположена галактика, тем с большей скоростью она удаляется от Солнца:
Эту зависимость, в честь ее первооткрывателя, стали называть законом Хаббла, а коэффициент пропорциональности — постоянной Хаббла (Hubble), которую стали обозначать буквой
