Уравнения Эйнштейна позволяют расширять вселенные, сокращать вселенные и даже осциллировать их.
Примерно в это же время друг Эйнштейна Виллем де Ситтер из Лейденского университета представил Королевскому астрономическому обществу свои космологические интерпретации общей относительности. Чтобы уменьшить сложность проблемы, де Зиттер рассмотрел случай упрощенной модели Вселенной без галактик и сложной структуры. К своему удивлению, он обнаружил, что объекты внутри его модели, казалось бы, отделяются друг от друга, хотя он рассматривал это как иллюзию, а не как физическое описание расширяющегося пространства.
Затем дальновидный русский физик и метеоролог Александр Фридман пошел на несколько шагов дальше и безвозвратно привел в движение статическую Вселенную. Начиная со своей публикации "О кривизне пространства" (1922), он взял на вооружение нестабильности, подразумеваемые в интерпретациях де Зиттера, и сделал их очевидными, показав, что уравнения Эйнштейна допускают широкий спектр допустимых решений: расширяющиеся вселенные, сокращающиеся вселенные и даже колеблющиеся вселенные. Астрономы хорошо знали, что звезды и планеты могут изменяться со временем. Работа Фридмана подразумевала, что вселенная в целом может развиваться.
Сначала Эйнштейн был критичен, но на следующий год он признал "ошибку в вычислениях". В письме в журнал Zeitschrift für Physik он написал, что "результаты господина Фридмана правильны и проливают новый свет", приняв в принципе концепцию космического расширения.
Впервые в истории Фридман поставил временные рамки на эпоху Вселенной, представив идею о том, что она может иметь измеримое начало. В малопризнанном отрывке из статьи 1924 года он рассмотрел случай циклической Вселенной и подсчитал, что фаза расширения будет длиться "порядка 10 миллиардов лет" - число, чрезвычайно близкое к нынешним оценкам, что Вселенной 13,8 миллиардов лет. Нет способа узнать, сколько еще теоретических прозрений Фридманна могло бы ему понадобиться. Он умер в 1925 году в возрасте 37 лет, возможно, от пневмонии, подхваченной во время высотного полета на воздушном шаре.
Тогда астрономы начали различать смутные проблески, свидетельствующие о том, что галактики, похоже, гонятся наружу во всех направлениях, намеки на Хаббл Констант в действии. В Лоуэлльской обсерватории в Аризоне астроном Весто Мелвин Слифер изучал объекты, которые он знал как "спиральные туманности" (теперь признанные спиральными галактиками) с 1909 года. Он изучил их свет, чтобы определить их движение, и обнаружил, что они движутся с огромной скоростью, причем почти все они отступают от нас. Еще более удивительно, что более слабые, как правило, двигались быстрее, чем более светлые.
Эта закономерность является признаком расширяющейся Вселенной: если все пространство расширяется одинаково, более удаленные объекты неизбежно будут расширяться в сторону от наблюдателя с большей скоростью. К 1914 году Слифер обнаружил, что 11 из 15 спиралей, которые он тщательно изучил, быстро спасались бегством. Когда он представил свои результаты на заседании Американского астрономического общества в августе того же года, он получил аплодисменты стоя. Но скромный 24-дюймовый рефракторный телескоп Обсерватории Лоуэлла был слишком ограничен для него, чтобы продолжать это исследование. Космологические исследования Слифера подошли к концу, и его имя ускользнуло в неизвестность.
Прошло еще десять лет, прежде чем бельгийский священник и астроном Жорж Лемэтр агрессивно взял на вооружение то место, где остановился Слифер. Вдохновленный работой де Зиттера, он уже начал изучать теоретические аргументы в пользу расширяющейся Вселенной со взрывоопасным началом. Вскоре он понял, что идея также имеет эмпирическую поддержку. В 1927 году он провел новый анализ измерений Слифера, объединив их с более поздними опубликованными и неопубликованными исследованиями, и придумал самое первое измерение Хаббла Константа: 575 километров в секунду на мегапарсек, или то, что современные космологи будут кричать как "575!
Лемаотр опубликовал свои выводы в малоизвестном бельгийском журнале "Annales de la Société Scientifique de Bruxelles", и эта работа в то время пользовалась недостаточным вниманием. Историки науки лишь недавно начали оценивать масштабы вклада Лемэтра и ставить под сомнение обоснованность игнорирования его имени в дискуссиях о расширяющейся Вселенной. В прошлом году члены Международного астрономического союза почти с разницей в 4-1 голосовали за то, чтобы переименовать закон Хаббла (образец ходатайств, использовавшихся для получения константы Хаббла) в "закон Хаббла-Лемэтра".
То, что Эдвин Хаббл добавил в космическую беседу - то, что навсегда закрепило его имя во всех современных дискуссиях о происхождении и судьбе Вселенной - было беспрецедентной силой наблюдения.
Отчасти это заслуга самого Хаббла, неумолимо амбициозного и кропотливого наблюдателя, который посвятил свою жизнь изучению того, что он назвал "царством туманностей". Частично это тоже заслуга оборудования Хаббла. После вступления в Первую мировую войну он занял должность в обсерватории Маунт Уилсон в Пасадене (штат Калифорния), где находится необыкновенный новый инструмент.
