Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 9 от 7 марта 2006 года

Леметр прожил еще три с лишним десятка лет, был провозглашен прессой самым знаменитым ученым Бельгии, получил немало научных наград, стал членом (а затем и президентом) Папской академии в Ватикане и Бельгийской королевской академии наук и искусств, но ничего существенного к своей теории уже не прибавил. Модель Большого Взрыва ждала других разработчиков.

И это было закономерно. Леметр предложил в качестве зародыша Вселенной объект конечных размеров, сверхмассивный первичный атом. Его взрыв порождает опять-таки сверхтяжелые и потому нестабильные осколки, фрагменты которых тоже должны делиться. Если принять, что Вселенная, как сейчас считается, содержит порядка 1080 частиц, то получится, что атом-отец и его потомки во множестве поколений должны претерпеть примерно 260 делений и на этом остановиться.

Однако такая схема даже семьдесят лет назад не могла вызвать доверия. В процессе множественных делений в конце концов должны были возникать устойчивые ядра. А поскольку титул абсолютного чемпиона ядерной стабильности принадлежит железу, то в космических масштабах именно оно должно было оказаться самым распространенным элементом. Однако в тридцатые годы астрономы знали, что Вселенная почти полностью состоит из водорода и гелия, причем количества их ядер соотносятся примерно в пропорции 10:1. Несомненным достоинством модели Леметра было то, что она объяснила (фактически даже предсказала) закон Хаббла, по крайней мере качественно. Правда, принятые в тридцатые и сороковые годы оценки постоянной Хаббла (иначе говоря, скорости расширения Вселенной) приводили к нелепому выводу, что возраст мироздания куда меньше возраста старых звезд. Однако это затруднение можно было обойти, предположив, что на деле постоянная Хаббла гораздо меньше, что впоследствии и было доказано. Но вот данные об элементном составе Вселенной ну никак не согласовывались с теорией первичного атома. На макроуровне концепция бельгийского ученого работала превосходно, а на микроуровне заводила в тупик.

Однако нет худа без добра. Возникшее противоречие было настолько очевидным, что чуть ли не автоматически указывало, где искать выход. Естественно было оставить в силе концепцию взрывного рождения Вселенной и в то же время радикально пересмотреть модель физической субстанции, созданной Биг Бэнгом. И сделать это следовало на базе гигантских достижений физики ядра и элементарных частиц. В 1932 г. были открыты нейтрон и позитрон, а чуть позже построены теория бета-распада и мезонная теория ядерных сил. С их помощью в предвоенные годы Карл Фридрих фон Вейцзекер (Carl Friedrich von Weizsacker) и Ганс Бете (Hans Bethe) объяснили, каким образом в недрах звезд происходит термоядерный синтез гелия из водорода. Тем самым они не только установили главный источник звездной энергии, но и проложили путь к общей теории космического нуклеосинтеза, которая окончательно оформилась спустя еще два десятилетия.

В общем, математик Фридман и космолог Леметр сказали свое веское слово, дело было за физиками. И таковые нашлись. Первым из них стал уроженец славного города Одессы Георгий Антонович Гамов.

Гамов познакомился с моделью нестационарной Вселенной еще на студенческой скамье, когда учился у Фридмана. По окончании Ленинградского университета он посвятил себя ядерной физике и выполнил несколько классических работ, в частности построил теорию альфа-распада и предложил капельную модель ядра. В 1934 г. он эмигрировал в США, где получил профессуру в столичном университете имени Джорджа Вашингтона. Ученый его калибра мог бы стать одним из руководителей теоретического отдела в Лос-Аламосе, но Гамов в молодости был офицером Красной армии, так что о допуске не мог и мечтать. Поскольку заниматься ядерной физикой в стороне от основного потока тогдашних исследований (естественно, военных) было неинтересно, Гамов в начале сороковых переключился на астрофизику. Хорошо зная и, главное, принимая всерьез работы Леметра, Гамов решил применить его модель для решения проблемы возникновения элементов.

Для начала Гамов «проиграл» модель Леметра назад во времени почти до исходного момента. Поскольку расширение Вселенной приводит к ее постепенному охлаждению, сжатие должно вызывать обратный эффект. Поэтому Гамов заключил, что сразу после рождения мира все имевшееся вещество было чрезвычайно нагрето. Это был огромный шаг вперед по сравнению с гомогенным леметровским суператомом, для которого понятие температуры вообще не имело смысла. Однако следовало еще определиться с составом первичной материи. Не мудрствуя лукаво, Гамов заполнил раннюю Вселенную протонами, нейтронами и электронами. Эту смесь он назвал айлемом, использовав давно забытое слово из средневекового английского: ylem — первосубстанция, источник всего сущего. Интуиция замечательного физика сработала на славу. По современным представлениям, «обычное» вещество Вселенной полностью состояло из айлема уже к концу первой секунды.

Однако столь блестящая догадка еще не гарантировала успеха. Гамов прекрасно понимал, что его модель не будет принята всерьез, если с ее помощью не удастся объяснить элементный состав Вселенной. На первом этапе необходимо было описать синтез из айлема самых легких составных ядер, для начала хотя бы только гелия.

Эта задача оказалась разрешимой, хоть и чрезвычайно трудоемкой. Скорости реакций термоядерного синтеза сильно зависят от температуры, которая падала вместе с расширением Вселенной. Гамов, при всем своем глубоком понимании физики, никогда не был хорошим расчетчиком. Первое время он трудился в одиночку, но в 1945 г. судьба послала ему замечательного помощника в лице Ральфа Ашера Алфера (Ralph Asher Alpher). Сын эмигрировавшего в США одесского еврея, Алфер в школе показал столь блестящие способности, что Массачусетский технологический институт выделил ему стипендию, целиком покрывающую стоимость обучения (немалая честь и по тем временам большая редкость). Однако щедрый посул немедленно аннулировали, как только институтское начальство узнало, что Алфер нечист по пятому пункту. Он стал студентом-вечерником Университета им. Джорджа Вашингтона, где Гамов его заметил и взял в аспиранты. Именно Алфер выполнил большую часть вычислений, показавших, что к концу пятой минуты существования Вселенной в ней будет ровно столько гелия, сколько нужно астрономам.

В начале 1948 г. Гамов и Алфер изложили свои результаты в рукописи «Происхождение химических элементов», предназначенной для журнала Physical Review. И тут Гамов выкинул фортель. Не спросясь у Алфера, он указал в качестве соавтора своего друга Ганса Бете. Бете действительно много сделал для понимания природы термоядерных реакций, но в работе Алфера и Гамова не участвовал. Своему помощнику Гамов объяснил, что подписи «Алфер — Бете — Гамов» фонетически близки последовательности трех первых букв греческого алфавита «альфа-бета-гамма», в чем он усмотрел особую элегантность. Алфера это не устраивало, но пришлось подчиниться прихоти шефа.