Есть мнение, что если методом измерения по цефеидам космологическая постоянная получается равной 74+-1.4 км/с на мегапарсек, а по галактикам 67.4+-0.5 км/с на мегапарсек, то расхождение может свидетельствовать об изменении скорости расширения пространства. И, вообще, не кажется ли астрофизикам странным, что один результат не попадает в диапазон погрешности другого? Это мнение было высказано в комментариях к статье об измерении постоянной Хаббла. Где, в принципе, всё разъяснялось. Но разъяснялось плохо. Как выяснилось, я напрасно посчитал некоторые вещи «очевидными».
Расширение пространства вызывает сильную ненависть. Но речь сейчас не о ней. Допустим, мы провели два измерения и получили результаты «68» и «74». Неважно даже чего, хотя бы и просто метра. Чему будет равна измеряемая величина? Всякий человек с техническим образованием, да и просто грамотный, скажет, что тут среднее тут «72», но погрешность измерения большая… Как минимум, среднее существует. Постоянная Хаббла должна быть равна 71.7 плюс-минус что-то там... Между тем при чтении популярной литературы, особенно если речь заходит о датировках, очень часто можно видеть именно две величины или более. Каждая с собственной погрешностью. Часто эти величины не совпадают в пределах погрешностей, как в случае с космологической постоянной. А иногда и не совпадают от слова «совсем». При этом учёные никаких признаков беспокойства не выказывают.
Если сформулировать суть дела просто, то вычислять среднее уместно лишь в случае если измерения проводятся одним и тем же методом, который, соответственно, имеет в обоих случаях одну и ту же погрешность. Если методы используются разные, говорить о «среднем» нельзя. С Хабблой всё именно так.
Метод цефеид предполагает измерение светимости переменных звёзд, но не простых, а таких у которых период пульсации понятным образом связан со светимостью и массой. По периоду мы узнаём абсолютную светимость, путём сравнения с видимой светимостью, определяем расстояние, пропорционально квадрату которого светимость падает. Потом, смотрим какое у звезды на таком расстоянии красное смещение.
Но даже измерение видимой светимости имеет свою погрешность. Плюс, погрешности связанные с необходимостью учёта гравитационного движения галактики, в которой сидит цифеида, и её собственного движения в галактике. Все это надо измерить, и всё измеряется с погрешностями, которые суммируются. Плюс, характеристики цефеид не в точности одинаковы у разных типов этих звёзд. Это надо учесть, и это ещё – погрешность. Так и набегают общие 2% погрешности измерения.
Метод определения космологической постоянной по галактикам прост как пять копеек. Мы берём сферическую галактику в вакууме (благо, галактики, как раз, в вакууме и пребывают), допускаем что её светимость стандартна и убывает с квадратом радиуса, – и в случае если галактика одна не узнаём ничего. Потому что, светимость конкретной галактики зависит от массы и множества других факторов… Но в среднем-то светимость источников пропорционально квадрату расстояния убывать должна! Следовательно, метод предполагает вычисление среднестатистической связи между красным смещением и светимостью. Точность тут зависит от набранной статистики, – нужно измерить смещение и светимость для максимально возможного количества галактик.
Но погрешность всё равно будет. Во-первых, статистическая. Во-вторых, видимая светимость так же, как и в случае цефеид, измеряется не абсолютно точно, – там буквально на кванты счёт идёт, а их поток сам подвержен статистическим колебаниям. В-третьих, а откуда мы знаем, что среднестатистическая светимость галактики со временем не менялась?.. Ниоткуда. Именно, мы знаем, что она меняется. Карликовые галактики буквально в реальном времени поглощаются гигантскими, следовательно, в прошлом галактик было больше, а их масса светимость в среднем меньше… Меньше не смотря на то, что светимость галактик в молодой вселенной была выше, – молодыми звёздами сияли и те, которые позже не смогли перезапустить процесс звездообразования в спиральных рукавах и практически погасли.
Это всё мы знаем, а значит, можем учесть, получая для метода «по галактикам» куда лучшую, чем в случае цефеид, точность – 0.8%.
Но учесть факторы неизвестные нельзя. А они наверняка есть. Космос же. Более того, бессмысленно даже пытаться гадать, как неизвестные факторы влияют на результат. Какая там погрешность на самом деле…
О чем речь?
Использование двух параллельных методов измерения даёт именно два разных результата. Каждый с собственной погрешностью. Погрешности разных методов не суммируются, поскольку имеют разную природу. И нет ни одной разумной причины, по которой эти погрешности должны бы пересекаться. Соответственно, вычислить по двум методам «среднее» – нельзя. Именно потому, что тогда погрешность мы даже приблизительно знать не будем.
И что делать, если результаты измерения двумя параллельными методами не совпали?.. Ну, в данном случае – радоваться. С космологической постоянной всё, именно, совпадает, – причём совпадает замечательно. При взгляде на результаты становится ясно, что мы не всё знаем либо о галактиках, либо о цефеидах, либо – почти наверняка последнее – не всё знаем о тех и других. Но результаты-то, всё-таки, близкие! Такое при измерении параллельными методами может быть лишь в случае, если всё самое важное о галактиках и цефеидах нам уже известно. Неизвестное не так уж и важно, – погоды во всяком случае не делает.
По мере того, как это неизвестное будет становиться известным, результаты сблизятся и, в конце-концов, совпадут в пределах погрешностей каждого. Тогда уже можно будет не гадать, а уверенно судить, насколько постоянная Хаббла постоянна, и как именно она меняется со временем.