Текст книги "Pro темную материю"

Доказательства теории Вселенной

Вернемся к Эдвину Хабблу и расширению Вселенной. Хаббл был наблюдателем, он собирал доказательства и хотел, чтобы теории строили теоретики.

Вообще, расширение Вселенной было предсказано и обосновано Александром Фридманом; этим же вопросом занимался Жорж Леметр. Теорию расширяющейся Вселенной он разработал независимо от Фридмана. Во время визита в США он познакомился с исследованиями Хаббла и Слайфера по красному смещению галактик и в дальнейшем опубликовал свое объяснение этого явления. Леметр отождествлял наблюдаемое спектроскопически разбегание галактик с расширением Вселенной. Он также говорил и о расширении «в обратном направлении», будто прокручивал пленку назад: размер Вселенной сжимается, она становится меньше и меньше, галактики соединяются и уменьшаются, процесс идет быстрее и быстрее, пока не достигает состояния, которое он называл «первичным», или «первозданным атомом», с которого все и началось. Теория эволюции Вселенной, начиная с этого самого атома, и есть теория Большого взрыва.

Выше я рассказал о двух основных теориях, связанных с Вселенной: теории Большого взрыва, которая признается уже почти сто лет, и теории стационарной Вселенной, которая теперь почти не имеет последователей. Ученые всего мира искали доказательства для подтверждения той или другой модели. В частности, этим занимался канадский и американский физик Джим Пиблс, работающий в области теоретической космологии, и американский физик Роберт Дикке, интересы которого лежали в сфере астрофизики, атомной физики, космологии и гравитации.

Джим Пиблс, канадский физик-теоретик (род. в 1935)

Пиблс и Дикке совместно занимались вопросом физического состояния ранней Вселенной и предсказали существование реликтового излучения. Одновременно с ними это сделали Андрей Дорошкевич и Игорь Новиков, которые проводили исследования электромагнитных фонов Вселенной. После того как Дикке вместе с Питером Роллом и Дэвидом Уилкинсоном занялись конструированием радиометра для проверки предсказания, они с удивлением узнали, что их опередили Арно Пензиас и Роберт Вильсон, занимавшиеся проблемой уровня шумов. Группа Дикке работала в Принстонском университете, а Пензиас с Вильсоном в Bell Labs, крупной американской, а в настоящее время франко-американской корпорации и исследовательском центре в области телекоммуникаций, электронных и компьютерных систем, всего в нескольких милях от них! Группа Дикке провела независимые измерения и подтвердила существование фона, а также дала теоретическое объяснение результата Пензиаса и Вильсона и фактически перевела физику ранней Вселенной из разряда спекуляций в экспериментальную науку.

Дикке с Пиблсом познакомились в Принстонском университете. Пиблс занялся космологией в период обучения в аспирантуре. Он был лучшим студентом-физиком в Манитобском университете, Канада, но, оказавшись в Принстоне, понял, что мало знает физику, несмотря на высокие оценки и награды. Получив приглашение, он стал членом группы, собиравшейся по пятницам на чердаке над физической лабораторией. В нее входили студенты старших курсов, аспиранты, сотрудники университета. В этой неформальной обстановке за пивом и пиццей обсуждались важные для мировой науки вопросы. Называли они себя «Птицы Дикке».

После того как Дикке узнал, как Пиблс пытался провести собственное исследование, чтобы определить для себя, какой все же является Вселенная, он предложил Пиблсу поучаствовать в практических экспериментах его группы, в частности по измерению температуры Большого взрыва, и поработать с радиоволнами, которые, как известно, отличаются от видимого света только частотой. К этому времени Пиблс уже хорошо изучил труды Эйнштейна, Леметра и Фридмана – с упором на то, что касалось Вселенной. Что она собой представляет? Что говорит теория относительности о форме Вселенной? Чтобы упростить математические вычисления, Эйнштейн предположил, что распределение материи во Вселенной гомогенно, или однородно – то есть она единообразна. Независимо от Эйнштейна Жорж Леметр и Александр Фридман сделали то же предположение и добавили к нему еще одно: Вселенная изотропна – едина во всех направлениях, свойства физических объектов от направления не зависят. То есть: в какую сторону вы бы ни посмотрели, все будет выглядеть одинаково. В дальнейшем, с появлением теории стационарной Вселенной, появилось еще одно предположение: Вселенная однородна и изотропна не только в пространстве, но и во времени. То есть она будет выглядеть одинаково в любом направлении, независимо от того, где вы в ней находитесь и в какое время.

Пиблс специально посетил лекцию, посвященную теории стационарной Вселенной, но пришел к выводу, что сторонники этой теории все выдумали. Он считал, что Вселенная не может быть однородной, будь то в пространстве или времени – и уж тем более в пространстве и времени одномоментно. Он посчитал такую модель несерьезной и согласился с ее критиками, которые утверждали, что она была придумана как относительно простая математическая модель, а не для отражения даже известной на тот момент реальности.

Роберт Дикке, американский физик и космолог (1916–1997)

Почему вообще кто-то считает Вселенную простой? Вселенную из всего, что есть на свете? С другой стороны, многие серьезные ученые предпочитают следовать принципу, предложенному францисканцем, философом-схоластом и логиком Уильямом Оккамом (1285–1349) еще в XIV веке: вначале следует проверить простейшие предположения и усложнять их только по мере необходимости. Поэтому предположение Эйнштейна об однородной Вселенной было вполне логичным, но недостаточным, чтобы служить основой науке, дающей предсказания, которые в свою очередь ведут к наблюдениям, а на основе этих наблюдений делаются выводы.

Отношение к делу Пиблса и Дикке совпали. Дикке написал статью в American Journal of Physics (Американский физический журнал), посвященную космологии, где заявил, что корни космологии уходят в философские размышления, но постепенно она превращается в физическую науку. Однако наблюдений пока еще мало, чтобы служить ее основой, и поэтому философские размышления продолжают играть важную роль, а иногда и доминируют. Пиблса привлекла возможность поучаствовать в сборе данных наблюдений, которые должны служить основой науки. Тем временем Ролл и Уилкинсон построили радиоантенну. Они хотели заниматься космологией научным путем.

Конструкция вращающейся 14-метровой радиоантенны и ресивера Карла Янски, 1929

Уже в конце XIX века ученые говорили о том, что радиоволны должны излучаться и небесными телами. Первый намек на то, что радиоволны могут оказаться новым способом, помогающим увидеть Вселенную, относится к 1930-м годам. Это было одним из случайных открытий, сделанных в Bell Labs. В 1932 году один из инженеров пытался избавить трансатлантическую радиотелефонную связь от странного шума и пришел к выводу, что этот шум происходит от звезд Млечного Пути. Новость попала на первую страницу «Нью-Йорк Таймс», а затем была благополучно забыта. И только после Второй мировой войны использование радиоволн для изучения астрономии стало широко распространенным явлением.

Годом рождения радиоастрономии считается 1931 – в этом году Карл Янски (1905–1950), американский физик и радиоинженер, начал свои эксперименты. Он же считается основоположником радиоастрономии – науки, которая исследует небесные тела по их радиоизлучению. Но Янски выступил с заявлением только в декабре 1932 года: сообщил об открытии радиоизлучения космического происхождения. Первым был обнаружен самый сильный радиоисточник непрерывного излучения в центре Млечного Пути.

Радиоастрономия привела к значительному развитию астрономии в целом, особенно после открытия нескольких новых классов объектов, включая пульсары, межзвездный газ, квазары и радиогалактики, а также реликтовое излучение.

И Дикке, и Пиблс предполагали, что радиоастрономия позволит увидеть то, что невозможно обнаружить с помощью оптической астрономии. Наземные радиоастрономические наблюдения могут проводиться в диапазоне длин волн от 1 мм до 30 м, более короткие и более длинные волны поглощает атмосфера.

Отмечу, что вскоре после эксперимента в Принстоне разрешающая способность радиоастрономических инструментов превысила возможности оптических телескопов. А компания из Принстона сосредоточила свое внимание на самых длинных волнах, потому что их отличает самая низкая энергия – та самая, которой должно обладать излучение, охлаждавшееся почти с самого начала времен до наших дней.

Пиблс работал, взяв за основу нынешнее состояние Вселенной (то есть состояние на момент проведения эксперимента), и двигался назад к первобытному состоянию. В настоящее время Вселенная на три четверти состоит из водорода, самого легкого элемента: в атоме водорода один протон. Чтобы такое количество водорода сохранилось до наших дней, в самом начале должно было существовать очень сильное излучение, потому что только невероятно горячая среда могла достаточно быстро спечь атомные ядра, не позволив отдельным протонам соединиться с другими субатомными частицами для формирования гелия и других более тяжелых элементов. По мере расширения Вселенной и увеличения объема ее температура падала. Поэтому, имея данные о сегодняшнем процентном содержании водорода, можно выяснить, насколько сильным было излучение в самом начале существования Вселенной, рассчитать, как она с тех пор расширилась и насколько упала температура.

Но радиоантенна температуру не измеряет, по крайней мере, непосредственно. Температура предмета определяет движение электронов – чем она выше, тем больше движения. Движения электронов в свою очередь производят радиошумы – чем больше движения, тем больше шума. Поэтому интенсивность шума может сказать о силе движения электронов, а это даст температуру предмета – или эквивалентную температуру радиошума.

В ящике со светонепроницаемыми стенками единственным источником радиошума будут движения электронов в стенках. Если в ящик-Вселенную поставить радиоприемник, то интенсивность атмосферных помех даст эквивалентную температуру стен «Вселенной» – реликтовое излучение.

Что это такое? Это фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютного черного тела с температурой около 3К. Происхождение реликтового излучения в настоящее время связывают с эволюцией Вселенной, которая, как считают сторонники теории Большого взрыва, в самом начале имела очень высокую температуру и плотность излучения. Реликтовое излучение наблюдается на волнах от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Оно практически изотропно.

В 1964 году Пиблс взялся за определение температуры реликтового излучения – эквивалентной атмосферным помехам, которые будет определять антенна, изготовленная Роллом и Уилкинсоном. А те двое стали усовершенствовать радиометр, изобретенный Дикке во время Второй мировой войны, когда он в Массачусетском технологическом институте изготовил прибор для определения чувствительности радаров.

Тем временем Арно Пензиас и Роберт Вильсон занялись изучением радиоволн от звезд не в центре Млечного Пути, как делали все до них и куда смотрело большинство астрономов, а в другом направлении, на его крае. Практически одновременно Пиблс и Пензиас с Вильсоном пришли к похожим выводам с помощью своих антенн. Хотя полностью данные наблюдений и расчетов не совпали, они были близки.

Две группы – четверо из Принстонского университета и двое из Bell Labs (Пензиас и Вильсон) – обсудили свои находки и решили публиковать две статьи в Astrophysical Journal (Астрофизическом журнале). Но до того как вышли их статьи, репортер «Нью-Йорк Таймс», имевший контакты в «Астрофизическом журнале», опубликовал ставшую весьма популярной статью «Сигналы подразумевают Вселенную Большого взрыва».

Первооткрыватели реликтового излучения, американские ученые Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Год открытия – 1964.

В конце концов данные по температуре реликтового излучения – 3К – совпали. Добавлю, что занимались этим не только упомянутые ученые. Еще в 1948 году Ральф Альфер и Роберт Херман рассчитали, что остаточное (реликтовое) излучение от ранее горячей Вселенной в настоящее время составляет около 5К, то есть на 5 градусов выше абсолютного нуля, но астрономы того времени заявили, что определить и подтвердить их расчеты с имеющейся на тот момент техникой невозможно. В 1964 году похожие расчеты сделал Фред Хойл, сторонник теории стационарной Вселенной и отец термина «Большой взрыв» совместно с британским астрономом Роджером Тайлером. На цифре 3К ученые сошлись в декабре 1965 года.

Своим существованием реликтовое излучение подтверждает теорию Большого взрыва и модель горячей расширяющейся Вселенной. При расширении Вселенная остывает, поэтому длина волны реликтовых фотонов должна возрастать: в настоящее время регистрируется фон с температурой 2,725 К, что соответствует миллиметровому диапазону. Доказательства позволили сделать выбор между теорией Большого взрыва и стационарной Вселенной, ведь до 1964 года обе теории основывались не на наблюдениях и математических расчетах, а больше на рассуждениях и предположениях. Но неужели когда-нибудь наша Вселенная остынет окончательно?

Вера Купер-Рубин

Вера Рубин (урожденная Купер) – пожалуй, самая известная женщина-астроном. Она родилась в 1928 году в Филадельфии. Она никогда не была теоретиком и называет себя наблюдателем.

Первый телескоп с трубой из куска линолеума помог Вере построить отец. Конечно, с его помощью она не могла фотографировать звезды, не могла полноценно следить за их движением (если быть более точными, их кажущимся движением, так как вращение Земли создает иллюзию, будто звезды движутся по ночному небу). Но именно движение звезд разбудило в Вере интерес к астрономии. Окно ее комнаты на втором этаже выходило на север, она каждую ночь смотрела на небо в этом направлении, и скоро поняла, что звезды медленно идут по кругу вокруг какой-то точки, а в разные времена года звезды меняются. И с тех пор предпочитала следить за движениями звезд на ночном небе, а не спать. Она запоминала движения небесных тел, а утром записывала их в тетрадку.

Вера Рубин, американский астроном, одна из пионеров развития концепции вращения галактик (род. в 1928)

Можно сказать, что Вера Купер смотрела на Вселенную в некотором роде как Ньютон: материя в движении; предсказуемые модели и схемы; небесные тела (и Земля среди них), несмотря на все свои странствия по небу, в конце концов возвращаются в изначальное место. Но Вера Купер родилась уже после того, как Эдвин Хаббл объявил, что Млечный Путь – не единственная галактика в нашей Вселенной, и за год до того, как он объявил, что галактики расходятся, и что чем дальше они находятся друг от друга, тем быстрее. То есть единственная Вселенная, которую знала Вера Купер, состояла из галактик, и эти галактики находились в движении.

При выборе темы научной работы для получения степени магистра в Корнельском университете, где она изучала физику и астрономию, Вера решила заняться старым взглядом на космос, работающий как часы, но представить его обновленную версию с учетом новой информации о расширяющейся Вселенной. Отмечу, что она не смогла поступить в аспирантуру Принстонского университета, так как на специальность «Астрономия» женщин не принимали вплоть до 1975 года. Вера Купер решила: раз Земля вращается вокруг своей оси, Солнечная система тоже вращается, галактики вращаются – то и у Вселенной, возможно, имеется ось. Может, вращается вся Вселенная.

Это предположение показалось ей разумным. И не только ей. Она вышла замуж за Роберта Рубина, который в то время писал диссертацию по физике, и муж показал ей статью американского физика-теоретика русского происхождения Георгия Гамова (1904–1968) «Вращающаяся Вселенная?», опубликованную в журнале Nature (Природа). Затем она узнала, что Курт Гедель (1906–1978), логик и математик, родившийся в Австро-Венгрии и перебравшийся в США в 1940 году, работает над теорией вращающейся Вселенной в Принстонском университете.

Вера Рубин стала почетным доктором множества университетов и двух академий наук, автором 114 статей и нескольких книг, ее имя известно всем современным астрономам, ее вклад в науку трудно недооценить.

Вера Рубин собрала данные по 108 галактикам, в случае которых астрономы смогли измерить красное смещение. Затем она отделила движения, которые происходили из-за расширения Вселенной, и задалась вопросом: а оставшиеся движения, которые казались странными, соответствуют какой-то модели или схеме? Она считала, что да. Ей было всего 22 года, до получения степени магистра оставалось полгода, когда она представила свою работу на заседании Американского Астрономического Общества в декабре 1950 года. Мнение собравшихся оказалось единогласным: само предположение странное, данные слабоваты, вывод неубедительный.

Здесь я не могу не отметить, что практически на протяжении всей своей научной карьеры Вера Рубин сталкивалась с критикой мужчинами, нежеланием принимать ее работу и выводы и даже враждебностью. Мужчины не хотели допускать женщину в астрономию, которая долгое время была исключительно их вотчиной. Ее хобби – рисование – привело к предложению рисовать картины на астрономические темы при отказе принять ее в колледж по специальности «Астрономия». В ее официальной биографии упоминается фраза школьного учителя физики: «У тебя все будет хорошо, пока будешь держаться подальше от науки».

Конечно, помогала уверенность в себе, и Вера не стала расстраиваться после того выступления на заседании Американского Астрономического Общества в 1950 году. Она просто подготовила научную работу для получения степени магистра и посчитала, что полученный результат стоит того, чтобы о нем сообщить. Это было ее первое посещение заседания Общества, ранее она почти не встречалась с профессиональными астрономами. Однако это выступление стало для Веры Рубин хорошим уроком. Она поняла, что еще остается новичком в астрономии, а ее работа совсем не соответствует общему направлению проводимых исследований.

Тогда она не знала, что Гамов был почти единственным среди астрономов, а Гедель среди теоретиков, считавших вопрос вращения Вселенной вообще стоящим серьезного внимания. Сам Гамов признавал, что эта идея на первый взгляд кажется фантастической. Но что если вы не полагаетесь на свой «первый взгляд»?

Кто в середине ХХ века мог знать, к чему приведет это переосмысление Вселенной? Масштабы изменились. Астрономам пришлось заняться космологией. Вера Рубин не считала себя космологом. Она вначале даже не считала себя астрономом – ведь ей пока ни разу не удалось посмотреть на звездное небе через профессиональный телескоп. Через полгода после выступления на собрании Американского Астрономического Общества Вера Рубин получила диплом, ее муж защитил диссертацию, их сыну еще не исполнилось года, они планировали второго ребенка и переехали в округ Колумбия, где мужа ждала работа. Муж настаивал, чтобы и Вера занялась диссертацией, но она пока не определились с будущим.

И тут позвонил Георгий Гамов! Позже Вера Рубин говорила: «Он не умел ни писать, ни считать. Он не сразу сказал бы вам, сколько будет семью восемь. Но его ум был способен понимать Вселенную».

Георгий Гамов

Этот выдающийся ученый внес в исследование Вселенной огромный и неоспоримый вклад. Про Гамова говорили: скромные познания в математике – и великолепное воображение. Гамов обладал удивительной способностью видеть аналогии между моделями для физических теорий. Один коллега сказал о Гамове, что тот мог далеко продвинуться с помощью интуитивных картинок и аналогий, почерпнутых путем сравнений из области истории или даже искусства. 90 % его идей были ошибочны – и не стоило большого труда в этом убедиться. Но он не расстраивался – ведь оставалось еще 10 % правильных мыслей! Практически все отмечали, что с Гамовым было поразительно приятно работать вместе. Лев Ландау подчеркивал: Гамов бесспорно, лучший теоретик СССР.

У Георгия Гамова были широкие интересы. Он занимался атомной и ядерной физикой, астрофизикой, космологией, квантовой механикой. Он – один из основоположников теории «горячей Вселенной». Гамов широко известен не только в научных кругах, а и среди простых людей благодаря рассказам о приключениях мистера Томкинса и научно-популярным книгам по физике и астрофизике, в которых живым и доступным языком он рассказывал о современных научных идеях и представлениях. Они написаны настолько увлекательно, что их с удовольствием читали люди, очень далекие от науки. В 1956 году, уже давно будучи гражданином США, он получил премию ЮНЕСКО за популяризацию науки.

Георгий Гамов, российский и американский физик-теоретик, астрофизик и популяризатор науки (1904–1968)

Гамов – потомственный дворянин. Он родился в Одессе в семье учителя русского языка и литературы. Дед со стороны отца был офицером царской армии, как и многие другие предки по отцовской линии, мать – из семьи духовенства, большинство мужчин в ее роду были священнослужителями и занимали высокие или относительно высокие посты в русской православной церкви. В роду имелся один математик, автор учебника по алгебре.

После окончания школы в 1921 году Георгий Гамов поступил на математическое отделение физико-математического факультета Новороссийского университета в Одессе и в период учебы подрабатывал в Одесской астрономической обсерватории. В 1922 году он поступил на физико-математический факультет Петроградского университета и одновременно работал на метеорологической станции Лесного института. В 1924 году его пригласили на работу в Государственный оптический институт, и там Гамов понял, что хочет заниматься теоретическими исследованиями. Он закончил университет в 1926 году и поступил в аспирантуру. Его первая поездка за границу состоялась через два года, хотя преподаватели рекомендовали сразу же отправить талантливого молодого человека на стажировку. На оформление документов ушло два года.

Дворянское происхождение Гамова сыграло в этом свою роль. Именно благодаря работе в Германии он стал известен в научном мире, занимаясь теорией атомного ядра и альфа-распада (он считается разработчиком теории альфа-распада). По пути домой Гамов заехал в Копенгаген познакомиться с Нильсом Бором – и остался в Дании на год. Бор добился для него стипендии фонда Карлсберга. За время работы с Бором Гамов посетил научные центры в Лейдене и Кембридже. В СССР он вернулся в 1929 году, весной, а осенью опять поехал в Копенгаген благодаря стипендии Рокфеллеровского фонда. На этот раз он вернулся в СССР весной 1931 года и сразу же включился в работы по ядерной физике, которые проводили в Радиевом институте и Ленинградском университете. Академик Иоффе пригласил его консультантом новообразованного Отдела физики ядра в Ленинградском физико-техническом институте. В марте 1932 года он был избран членом-корреспондентом Академии Наук СССР и до сих пор остается самым молодым из избранных физиков за всю ее историю – на момент избрания ему исполнилось 28 лет.

Тем временем положение ученых в СССР изменилось не в лучшую сторону. Например, Гамова не выпустили на Международный конгресс по ядерной физике в Риме, куда он был приглашен персонально. Гамов стал искать возможности покинуть СССР, хотя бы нелегально. Случай представился в 1933 году на конгрессе в Брюсселе, куда он смог взять и жену благодаря высоким знакомствам, обеспечившим ей разрешение на выезд. Изначально он не хотел окончательно рвать с родной страной. Он просто хотел работать за границей и иметь возможность свободно посещать крупные международные научные центры. Но это оказалось невозможным. Когда Гамов не вернулся по окончании срока командировки, он был уволен с работы и исключен из членов-корреспондентов Академии наук.

Гамов работал в Институте Бора в Копенгагене, в Кембриджском университете, Радиевом институте в Париже, потом поступило предложение из США, и осенью 1934 года он был приглашен в Университет Джорджа Вашингтона. В этот период своей карьеры он активно интересовался связью между ядерными процессами и источником энергии звезд. Гамов построил первую последовательную теорию эволюции звезд с термоядерным источником энергии, потом занялся изучением роли нейтрино в катастрофических процессах, происходящих при вспышках новых и сверхновых звезд. Совместно с Эдвардом Теллером Гамов предложил теорию строения красных гигантов, предположив наличие у них устойчивого ядра и оболочки, в которой происходят термоядерные реакции.

Космологией Гамов начал активно заниматься в 1946 году. Он изначально был сторонником теории Большого взрыва и предложил модель «горячей Вселенной» в рамках этой теории. На основании разработанной им концепции образования химических элементов путем последовательного нейтронного захвата было предсказано существование реликтового излучения. Открыли его, как я говорил выше, Арно Пензиас и Роберт Вильсон, за что были удостоены Нобелевской премии (1978). Но основы для этого заложил Георгий Гамов. Ральф Альфер и Роберт Херман были его учениками. Работы всех троих получили признание и уважение коллег – за то, что они захотели серьезно воспринимать раннюю Вселенную и исследовали то, что должны сказать известные физические законы о первых минутах ее существования.

И этот самый Георгий Гамов, человек с именем, позвонил фактически никому не известной Вере Рубин и спросил о ее исследованиях.

…Ральф Альфер, ученик Гамова, сидел в одном кабинете с ее мужем в Университете Джона Хопкинса, в лаборатории прикладной физики. В том же здании трудился и Роберт Херман. Гамов иногда выступал в этой лаборатории в качестве консультанта, и они вместе с Альфером и Херманом выполняли какие-то работы. От них Гамов и узнал про работу Веры Рубин и заявил, что хотел бы услышать о вращении Вселенной.

Добиться невероятных успехов в науке Вере Рубин помогла поддержка мужа. Он специально выбрал эту лабораторию прикладкой физики как постоянное место своей работы, чтобы у жены была возможность получить и образование, и работу в области астрономии, которой, как я уже рассказывал, она интересовалась с детства. Она стала посещать лекции в Джорджтаунском университете и работать под руководством профессора Гамова.

Вера Рубин поняла, что познакомилась с гением. Он мог заснуть во время лекций, был крайне рассеян и невыносим в быту. Но он также находил ответы на вопросы, на которые не мог ответить никто другой. Общаясь с Гамовым, собеседники понимали, что их собственный разум никогда не будет так работать.

Во время одной из их первых встреч Гамов предложил Вере Рубин подумать не о движении галактик в целом, а о результатах этих движений – о расположении или организации галактик. Распределение галактик по Вселенной случайно и единообразно, как предполагает большинство астрономов? Так думал Хаббл, утверждая, что наблюдаемые области во всех направлениях в общем одинаковы. В некотором смысле он повторял два предположения современной ему космологии – однородность и изотропия. По мнению Хаббла и его поколения астрономов скопления галактик, которые наблюдали ученые, были просто случайностями, ошибками природы или, возможно, неким видом космической оптической иллюзии.

Гамов же думал в других масштабах. Может, странные движения галактик – отличные от прямого расширения – были не случайны, как предполагало большинство астрономов? Может, гравитационные взаимодействия между галактиками, даже через ранее немыслимые расстояния, иногда бывают достаточно сильными, чтобы препятствовать расширению на местном уровне? Может, ни одна галактика не является «островом», или является не каждая?

А потом франко-американский астроном Жерар-Анри де Вокулёр (1918–1995), в то время работавший в Австралии, стал бомбардировать письмами Веру Рубин. Вокулёр разработал классификацию типов галактик по виду их изображений на фотографиях, отличающуюся от других классификаций (в частности классификации Хаббла) большей детальностью. Вообще, он занимался внегалактической астрономией, звездной фотометрией, физикой планет. Вокулёр составил три обширных каталога галактик, последний из которых включает 4364 объекта. Он исследовал строение нашей галактики и ряд отдельных, изучал Магеллановы Облака, оценил их размеры, массу, расстояние, состав и установил, что Большое Магелланово Облако вращается. Вокулёр считал, что окружающие нас галактики образуют огромную систему.

Однако Вокулёру показалось, что работа Веры Рубин предполагает не вращение Вселенной, а движение скопления галактических скоплений. Он называл его сверхскоплением. Гамов просил подумать над вопросом: происходит ли скопление галактик, а если да, то почему?

Вера Рубин снова воспользовалась уже собранными данными, которые находились в свободном доступе, – их мог изучать каждый, кто захочет. На этот раз она взяла данные Гарвардского университета и анализировала их, сравнивая расположение галактик на небе с расстояниями, которые давало их красное смещение. В своей диссертации «Колебания в космическом распределении галактик», которая была включена в «Протоколы Национальной Академии Наук» 15 июля 1954 года, она сделала вывод: галактики не сталкиваются и не скапливаются случайно или произвольно. Для этого есть причина, и эта причина – гравитация.