Журнал 'Млечный Путь' №02 2012 г.

повлиять на редакцию), чтобы выпятить собственную роль в открытии. (Об этом можно прочитать в статьях: arXiv:1107.2281v2; arXiv:1108.0709v1; arXiv:1106.3928v2).

Наконец, в номере журнала «Nature» (10.11.2011) появилась статья израильского ученого, работающего в США, Марио Ливио «Тайна перевода статьи Лемэтра раскрыта» (Mario Livio «Mystery of the missing text solved»). Чтобы найти окончательный ответ, он получил разрешение от библиотекаря Королевского Астрономического Общества и шеф-редактора авторитетного журнала «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» изучить протоколы и переписку Совета Королевского Астрономического Общества за 1931 год. В результате архивного поиска Ливио обнаружил два решающих документа, из которых следовало, что английский текст статьи был написан самим Лемэтром, и пресловутый параграф из французского первоисточника он не включил в нее, поскольку объем астрономических данных увеличился, и они были хорошо известны к тому времени. Таким образом, репутация Хаббла оказалась восстановленной.[16]

Особо отметим, что эта современная историко-научная дискуссия вовсе не о приоритетах. Сегодня, когда авторами крупных научных открытий являются, как правило, большие научные коллективы, индивидуальный приоритет «уходит в тень». Но важно, что добросовестность и добропорядочность ученых была и остается краеугольным камнем научной этики. И рассмотренная выше ситуация с «открытием» сверхсветовых нейтрино и, в еще большей степени, с их «закрытием», особенно показательна в этом отношении.

Эффект Доплера или «растяжение» световой волны?

Вернемся, однако, к объяснению «красного смещения». В 1927 году Ж. Лемэтр предпринял попытку объяснить этот эффект на основе общей теории относительности (ОТО) применительно к расширяющейся Вселенной. Хотя он использовал термин «эффект Доплера», фактически его модель явления опиралась не на величину относительной скорости (т. е. на кинематический фактор), а на величину расстояния до галактики в момент излучения ею фотона. Такая модель основана на фундаментальном утверждении общей теории относительности о том, что свет распространяется по геодезическим мировым линиям с постоянной скоростью. Геодезические линии — это линии кратчайшего расстояния между точками в пространстве данной кривизны. На плоскости они являются прямыми, а на сфере — дугами.

Из постоянства скорости следует, что в процессе пространственного расширения Вселенной пропорционально «растягивается» и время. Далее Лемэтр рассмотрел моменты излучения и наблюдения переднего и заднего гребней световой волны: поскольку на этапе наблюдения интервалы времени растянуты относительно этапа излучения. Он и сделал вывод о «красном смещении» светового кванта.

Наблюдения подтверждают вывод о растяжении времени: так, теоретически стандартный период времени между основными фазами кривой яркости сверхновой при наблюдениях действительно оказывается пропорциональным удаленности сверхновой от земного наблюдателя. Поэтому объяснение красного смещения, предложенное Лемэтром, является общепринятым. Однако такое объяснение входит в фундаментальное противоречие с законом сохранения энергии во Вселенной. Поскольку энергия светового кванта однозначно определяется длиной его волны — чем больше длина волны, тем меньше энергия, — то, если длина волны растет (квант «краснеет»), энергия световых квантов в процессе расширения Вселенной уменьшается. Но куда исчезает этот избыток энергии? Если энергия кванта в процессе движения не передается ничему, то ее уменьшение может иметь место лишь при нарушении закона сохранения энергии; если же квант терял бы часть своей энергии («старел»), передавая ее другим фотонам или частицам среды, то направление его движения изменялось бы, изображения далеких галактик были бы расплывчатыми, нечеткими и размытыми тем сильнее, чем дальше эта галактика находится. На самом же деле изображения как близких, так и далеких галактик достаточно четкие и не зависят от их удаленности от наблюдателя.

Поэтому появились работы, в которых изучалась возможность использования эффекта Доплера для объяснения красного смещения. Так, в недавней работе Фульвио Мелиа из США (arXiv:1202.0775v1) обращается внимание на весьма интересное обстоятельство: точно такое же выражение для параметра красного смещения получается в статической метрике (точнее, в шести различных моделях статической метрики), где расширение Вселенной вообще не имеет места, и речь может идти только об эффекте Доплера.

Более того, в работах Банна и Хогга (Bunn, E. F., Hogg, D. W. 2009, AmJPh, 77, 688 (BH9), а также М. Ходоровского (Michal J. Chodorowski, arXiv:0911.3536v3) авторы обосновывают тезис, согласно которому космологическое красное смещение имеет чисто кинематическую природу.

Однако, вопреки этим результатам, в работе Браека и Элгароу (Simen Braeck and Oystein Elgaroy, arXiv:1206.0927v1) выводится точная формула для космологического красного смещения. В правой части этой формулы стоит произведение обычного выражения для релятивистского (кинематического) эффекта Доплера и хорошо известного «гравитационного» отношения радиусов кривизны Вселенной в моменты излучения и наблюдения света для космологического красного смещения. Из формулы следует, что для сопутствующих наблюдателей, т. е. наблюдателей, движущихся вместе со световым квантом, красное смещение является эффектом, обусловленным исключительно расширением Вселенной, и оно может рассматриваться в качестве эффекта Доплера только тогда, когда расстояние между наблюдателем и источником света обращается в нуль (о переводах этих работ см. выше сноску). Что ж — дискуссия продолжается…

Ускоряется ли расширение Вселенной?

В обзоре научных новостей предыдущего выпуска мой коллега, ведя речь о присуждении Нобелевской премии по физике за 2011 год в связи с открытием ускоренного расширения Вселенной в нашу эпоху, справедливо писал: «Все эти подтверждения опираются именно на представления Стандартной космологической модели. Однако не следует думать, что вопрос об интерпретации экспериментальных данных, полученных лауреатами, закрыт».

Я бы хотел уточнить, что, строго говоря, экспериментально было открыто вовсе не ускоренное расширение Вселенной, а специфический астрофизический эффект: видимая яркость сверхновых типа Ia изменялась с расстоянием до них не совсем так, как ожидалось. Чтобы объяснить этот эффект, и была доработана Стандартная модель, в которую пришлось ввести новую степень свободы — так называемую космологическую постоянную, введенную (а потом исключенную из теории) когда-то еще самим Эйнштейном. Подобрав численное значение этой постоянной, авторы открытия добились удовлетворительного совпадения наблюдательных данных с теорией. Справедливости ради добавлю, что это же значение космологической постоянной хорошо соответствует данным по гравитационному линзированию (искривлению световых лучей при прохождении мимо массивных объектов) и эффекту Сюняева-Зельдовича (изменение интенсивности радиоизлучения космического фона при рассеянии на горячих электронах межзвездного и межгалактического газа).

Аналогичное возражение приводится в статье известного польского космолога Анджея Красиньски (Andrzej Krasinski, arXiv:1110.1828v1): «Ускоренное расширение» Вселенной является не наблюдаемым феноменом, а элементом интерпретации наблюдений, к которой нас побуждают принятые большинством космологов модели. Сам Красиньски предлагает альтернативную возможность объяснения открытого эффекта пониженной светимости сверхновых на основе модели неоднородной Вселенной, в которой «ускоренное расширение»