10 ЗАПОВЕДЕЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ. ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА
Шрифт:
Однако и после открытия Хаббла оставались астрофизики, не принимающие теорию рождения Вселенной и продолжающие считать ее однородной во всех измерениях. В 1948 г. Томас Голд сформулировал теорию стационарного состояния Вселенной, в соответствии с которой мир должен выглядеть одинаковым для наблюдателей, находящихся в любой его точке и в любой момент времени (включая прошлое, настоящее и будущее).
В теории Голда и его сторонников галактики вспыхивали, разбегались и умирали непрерывно, что выглядело альтернативой классической теории расширения, поскольку предполагалось, что если вещество исчезало где-то в глубинах космоса, то в каком-то другом месте возникало новое вещество, и это поддерживало общий баланс материи и стационарное состояние Вселенной в целом. Стоит
В защиту идей Голда энергично выступал знаменитый английский астроном Фред Хойл, издевательски писавший ранее, что теория Большого взрыва «…не имеет никаких достоинств, лишена элегантности… и напоминает глупые детские игры вокруг праздничного пирога». Забавно, но именно Хойл придумал сам термин «Большой взрыв» (big-bang), презрительно использовав его в очередной полемической заметке. К удивлению и досаде Хойла, оппоненты немедленно подхватили и «раскрутили» это эффектное словосочетание, сделав его исключительно популярным! Хойл относился к идеям «космического яйца» с глубокой личной неприязнью и во многих своих книгах и статьях неоднократно возвращался к мысли, что «…Вселенная не имеет ни начала, ни конца».
Теория стационарной Вселенной не выдержала испытания временем, хотя бы потому, что в наблюдаемой Вселенной ученые быстро обнаружили целый ряд существенных неоднородностей и даже аномалий, хотя в соответствии с ней мир должен был бы выглядеть (по меньшей мере, после некоторого усреднения) достаточно однородным и одинаковым по свойствам. Именно попытки проверки этих постулатов неожиданно привели к совершенно неожиданным результатам.
Георгий Гамов
Сторонником идеи расширения Вселенной был знаменитый физик Георгий Гамов, который в 1948 году предложил новый метод проверки самой идеи первичного взрыва. По идее Гамова, тепло и свет после события такого космического масштаба (в самом буквальном смысле этих слов!) должны были также распространяться изотропно (однородно во всех направлениях), медленно охлаждаясь в течение миллиардов лет, в результате чего должно сохраняться некое фоновое космическое излучение совершенно определенного типа. Гамов предсказал, что оно должно наблюдаться в микроволновом диапазоне и соответствовать электромагнитным волнам с очень низкой температурой (около 5 градусов по шкале Кельвина, т. е. примерно – 268 °С), при которой практически отсутствуют любые молекулярные взаимодействия.
В 1963 г. астрономы всего мира были ошеломлены открытием новых, самых ярких объектов Вселенной, когда вдруг обнаружилось, что на расстоянии миллиардов световых лет от нас существуют таинственные мощные источники радиоволн, которые можно наблюдать при помощи радиотелескопов, но, естественно, практически невозможно разглядетьдаже в самые мощные оптические устройства. Выяснилось, что средняя яркость этих объектов соответствует сотням миллиардов звезд типа нашего Солнца, а один из этих невероятно ярких объектов превосходит по яркости Солнце в полтора квадрильона (1015!) раз. Эти сверхмощные и страшно далекие от нас космические образования были названы квазизвездными радиоисточниками (сокращенно, квазарами), причем красное смещение линий поглощения в их спектрах показывало, что они удаляются от нас с огромной скоростью.
Само существование квазаров опровергало любую теорию однородной и постоянной во времени Вселенной и даже не потому, что эти чудовищные по мощности «маяки Вселенной» были очень далекими и очень «старыми». Для физиков более серьезным было то, что их распределение оказалось неоднородным, т. е. воображаемому наблюдателю в теории Голда представилась бы совершенно разная картина пространства-времени в разных точках Вселенной (например, вблизи Земли и в окрестности квазара) и в разные моменты времени. Миллиарды лет назад он мог бы наблюдать только «молодые» или формирующиеся квазары, а сейчас это стало невозможным, т. е. Вселенной можно приписать какой-то возраст и она имеет какую-то историю. Даже если окажется, что мы неправильно оцениваем красное смещение квазаров (как считают некоторые специалисты), и эти объекты находятся значительно ближе к Солнцу, то по многим другим причинам наличие в космосе этих гигантских, причудливых и сверхъярких объектов по-прежнему будет служить решительным опровержением теории стационарной Вселенной. Можно сказать, что существование квазаров не столько опровергает эту теорию, сколько «дискредитирует» ее.
Впрочем, к 1964 г. появились и прямые доказательства правоты теории Большого взрыва. После Второй мировой войны стала интенсивно развиваться радиоастрономия, что позволило обнаружить не только упоминавшиеся выше квазары, спиральные структуры галактик Млечного Пути и скрытые за облаками космической пыли ядра галактик, но и массу других интересных объектов и явлений. В частности, по заданию правительства США (в связи с гонкой космических вооружений) известная Лаборатория Белла провела ряд экспериментов, в одном из которых двое молодых сотрудников (Роберт Вильсон и Арно Пензиас) попытались определить точный вид спектра сверхновых звезд, но неожиданно столкнулись с наличием в космосе постоянного источника радиопомех. Аппаратура, смонтированная ими на телекоммуникационном спутнике, включала в себя антенну длиной около 6 метров, ставшую одним из самых знаменитых приборов в истории науки. Вильсону и Пензиасу никак не удавалось обнаружить источник помех, поскольку дополнительное излучение поступало практически по всем направлениям и его никак не удавалось связать с каким-либо конкретным земным или небесным объектом. Позднее они писали: «…мы столкнулись с изотропным, неполяризован-ным и неменяющимся во времени излучением». В какой-то момент исследователи были настолько сбиты с толку, что начали искать причину искажений в… пухе от голубей, живших на Земле рядом с приемной антенной, однако избавиться от фоновых помех никак не удавалось.
Судьба иногда любит подшучивать над людьми (даже весьма образованными!), поскольку Вильсон и Пензиас выполняли конкретную научную программу, совершенно не связанную с проблемами возникновения пространства и времени, и, более того, оба скептически относились к теории Большого взрыва. Однако в расположенном неподалеку Принстон-ском университете была целая группа физиков, заинтересованных этой теорией и размышляющих о возможностях регистрации предсказанного Гамовым излучения (еще одна ирония судьбы связана с тем, что теоретики Принстона, похоже, не знали о работе Гамова и сами пришли к аналогичному выводу).
Руководитель группы физиков в Принстоне Роберт Дике и его помощник Джим Пиблс тоже считали, что фоновое космическое излучение должно быть остывшим до микроволнового диапазона, и даже начали монтировать собственную регистрирующую антенну из деталей, покупаемых в ближайших магазинах подержанной радиоаппаратуры, когда кто-то сообщил им о странных радиопомехах в опытах Вильсона и Пен-зиаса при температуре 3,1 К. Рассказывают, что Дике сразу понял, о чем идет речь, и с гримасой огорчения объявил своим коллегам: «Ребята, все кончено! Эти парни нас обогнали!».
Как будет рассказано чуть ниже, фоновое космическое излучение (уточненное значение его температуры составляет 2,73 К) возникло не сразу при зарождении Вселенной, а примерно на 300 000 лет позже, когда началось так называемое Великое разделение вещества и излучения (примерно от 12 до 20 миллиардов лет тому назад). Пензиас и Уилсон с самого начала отмечали удивительную однородность (изотропность) регистрируемого излучения (с точностью до 0,0001), свидетельствующую о том, что оно возникло одновременно и везде во всем объеме развивающейся Вселенной. Спектр излучения наглядно демонстрирует, что оно возникло в состоянии равновесия, т. е. при его рождении существовало полное равновесие между веществом и излучением.