Все эти теории приводили к эффекту, пропорциональному расстоянию и, следовательно, соответствовали наблюдениям. С точки зрения эволюции вселенной наиболее интересна та теория, в которой предполагалось, что фотоны сталкиваются с атомами, рассеянными в межгалактическом пространстве и передают им часть своей энергии. Можно было бы тогда предположить, что эта передаваемая энергия идет на восстановление вещества из излучения в соответствие со схемой, нарисованной нами в предыдущей главе. Тогда «видимое» разбегание галактик могло бы рассматриваться как экспериментальное подтверждение «воссоздания вещества» в «пустоте» межзвездного пространства.

К сожалению, лабораторные исследования с целью проверки этой теории показали, что при столкновении фотона с электроном вместе с уменьшением энергии фотона происходит и изменение направления его движения (эффект Комптона). Отсюда следует, что если бы свет, посылаемый спиральными туманностями, испытывал по пути к нам изменение вследствие подобных столкновений фотонов и электронов, то мы не могли бы наблюдать спиральные туманности как отдельные объекты на небе. В самом деле, фотоны, отклонившись от своих первоначальных путей, могли бы приходить к нам не только по направлению от излучившего их объекта, но и по любым другим направлениям. Отсюда, конечно, не следует, что в межгалактическом пространстве не происходит столкновений фотонов и электронов. Напротив, подобные столкновения вполне правдоподобны, но они не могут объяснить наблюдаемые свойства излучения далеких галактик. Следовательно, возможно, что за счет энергии фотонов образуются в межзвездном пространстве более или менее сложные атомы, но это явление, по всей видимости, не имеет никакого отношения к рассматриваемому эффекту разбегания галактик.[128]

Что касается двух других предлагавшихся объяснений, которые основываются на гравитационных эффектах (изменение фотонов, рассмотренное А. Ф. Богородским, или влияние галактик, мимо которых идет световой луч), то они, по-видимому, не могут быть приняты в настоящее время, так как отсутствуют экспериментальные доказательства этих, вероятно, слишком слабых эффектов.

Представляется возможным, по крайней мере теоретически, проверить реальность разбегания галактик с помощью наблюдений. Этот метод был разработан Хабблом (которому и принадлежит открытие красного смещения) в сотрудничестве с Толменом.

Принцип, на котором основан этот метод, довольно прост. Известно, что свет образован фотонами и что тела выглядят тем более яркими, чем больше приходит к нам фотонов за один и тот же промежуток времени (например, за одну секунду). Если тело приближается к нам или если мы приближаемся к нему, то мы движемся навстречу фотонам, излучаемым этим телом, и в одну секунду нас достигает большее число фотонов, чем в том случае, когда мы оставались бы неподвижными по отношению к источнику света. Если, напротив, тело удаляется от нас, или мы сами удаляемся от него, то нас достигает за одну секунду меньшее количество фотонов, а если тело удаляется от нас со скоростью света, то к нам не придет ни один фотон. Точно так же путник, наблюдая проходящую колонну демонстрантов, сможет увидеть за одно и то же время меньше или больше людей в зависимости от того, идет ли он сам в том же направлении, в котором движется демонстрация (конечно, более медленно, поскольку в ином случае сравнение не имеет смысла), остается на месте или идет в противоположном направлении.

Отсюда следует, что если спиральные туманности действительно удаляются от нас, то их свет должен быть не только более красным, но также и менее интенсивным. Из двух одинаковых галактик, расположенных на одном и том же расстоянии от нас, та галактика, расстояние до которой остается неизменным, будет казаться более яркой, чем та, которая удаляется. Следовательно, если гипотеза о разбегании галактик соответствует действительности, то число очень ярких на вид галактик должно уменьшаться с расстоянием быстрее, чем в случае ошибочности этой гипотезы; наоборот, число галактик, становящихся невидимыми, должно расти (само собой разумеется, при условии, что в наблюдаемой части пространства распределение туманностей по их собственной яркости в среднем равномерно). Таким образом, должен был бы иметь место дополнительный эффект уменьшения плотности распределения видимых галактик с расстоянием. К несчастью, другие причины, связанные с покраснением света и действующие независимо от того, расширяется или не расширяется вселенная, приводят к эффектам уменьшения плотности видимого распределения того же самого порядка, и это затрудняет измерения.

Первые результаты, полученные этим методом в 1936 г. Хабблом, привели к противоречию с релятивистской теорией расширения вселенной. Само собой разумеется, эти результаты, поскольку они подрывали сами основы теории расширения, подверглись сильной критике. Сторонники Эддингтона и Леметра подчеркивали и безосновательно преувеличивали трудности наблюдений и их неточность. Конечно, было бы очень желательно провести эти исследования заново с учетом всех собранных с тех пор наблюдательных данных. Но во всяком случае, факт, что тот же самый астроном, наблюдения которого легли в основу теорий расширения вселенной, пришел на основании первых результатов, полученных таким экспериментальным путем, к отрицанию этих теорий, является весьма показательным.

Недавно французский астроном Шацман обнаружил в теориях расширяющейся вселенной другое противоречие, близкое к тому, о котором говорил Хаббл.

Расширение вселенной является одинаковым по всем направлениям и строго пропорциональным расстоянию лишь в том случае, если предположить, что распределение материи в пространстве само является равномерным. Но последнее далеко не соответствует действительности, поскольку наблюдаются значительные концентрации материи в отдельных областях, именно там, где находятся скопления галактик. Поскольку размеры некоторых скоплений галактик достигают десятков миллионов световых лет и имеют тот же порядок величины, что и знаменитый «радиус вселенной», то существование подобных скоплений должно вызывать в явлении расширения значительные неправильности. Эффект покраснения света, идущего от далеких спиральных туманностей, не должен быть в этом случае строго пропорциональным расстоянию в каком угодно направлении, но обязан испытывать заметные отклонения от закона пропорциональности. Однако наблюдения не обнаружили подобные отклонения и естественно сделать вывод о том, что покраснение света далеких галактик имеет своей причиной не расширение, а нечто другое.[129]

Этот вопрос, возможно, наиболее важный во всей этой дискуссии, часто освещается в популярных книгах плохо. Действительно, в них дают читателю понять, или даже прямо утверждают о том, что конечность пространства есть обязательное следствие общей теории относительности Эйнштейна. Но это отнюдь не так. Как мы уже говорили выше, необходимо различать в трудах Эйнштейна, с одной стороны, фундаментальные законы, выводимые в специальной и общей теориях относительности, которые составляют бесспорное приобретение современной физики и, с другой стороны, модели вселенной, претендующие на полное описание физического мира и являющиеся на самом деле более или менее произвольными созданиями ума. Сам Эйнштейн предлагал несколько моделей вселенной, из которых одна была бесконечной как в пространстве, так и во времени (см. замечание на стр. 194). Выбор модели конечной и неограниченной вселенной, который был сделан столь многими учеными-релятивистами, является в значительной мере субъективным, и он не мог носить иной характер, поскольку сами же эти ученые признают, что наши знания распространяются лишь на часть вселенной и ни в какой мере не на всю вселенную в целом,[130] даже если считать ее конечной. Некоторые астрономы, являющиеся также сторонниками идеи о сотворении, как, например, Милн, отказались от теории конечной вселенной с целью дать другое объяснение разбеганию галактик, рассматриваемому как реальное и происходящее в бесконечном пространстве.