Коллектив авторов - Современная космология: философские горизонты

Микроволновое Фоновое излучение является следствием теории горячей Вселенной Г. Гамова [53] Gamov G. The Creation of the Universe. NY, 1952. Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М., 1965. . По предложению И.С. Шкловского у нас его называют реликтовым, но сам этот термин уже содержит в себе интерпретацию. Считается, что оно было открыто А. Пензиасом и Р. Уилсоном в 1965 г. [54] Penzias А.А., Wilson R. W. A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s //Astrophysical Journal, V. 142 (1965). P. 419–421. . Но история открытия реликтового излучения изобилует нестандартными ситуациями, которые идут вразрез с популярными методологическими рецептами.

Было ли предсказано наличие космологического фона реликтового излучения на основе теории горячей Вселенной? В упрощенных и переписанных изложениях истории этого открытия без каких-либо оговорок утверждается: да, Гамов это открытие предсказал (авторы одного учебника по астрофизике говорят осторожнее: «фактически предсказал»). Но все обстояло намного сложнее. Гамов считал, что при том состоянии, в котором находилась только что зародившаяся радиоастрономия, измерение реликтового фона невозможно. Он будет «заглушаться» другими космическими излучениями (по словам Гамова в письме одному из космологов, такая возможность им даже не рассматривалась). Это мнение разделялось большинством исследователей. Кроме того, существовало устойчивое недоверие к теории горячей Вселенной, мотивы которого красочно изложил С. Вайнберг [55] Вайнберг С. Первые три минуты. М., 1981. . Он называет три причины.

1. Гамов и его сотрудники работали в рамках теории, которая имела своей целью описать происхождение всех химических элементов, включая тяжелые. Но эта теория сталкивалась с трудностями, и теоретики «совершенно не желали серьезно относиться» [56] Вайнберг С. Первые три минуты. М., 1981. С. 120. к такой теории. Пытаясь сделать слишком многое, теория «перестала внушать доверие, которого она действительно заслуживала как теория синтеза гелия» 4.

2. Недостаточный контакт между теоретиками и наблюдателями.

3. Но самое главное, «физикам было трудно серьезно воспринимать любую теорию ранней Вселенной». Первые три минуты «столь удалены от нас по времени, условия на температуру и плотность так незнакомы, что мы стесняемся применять наши обычные теории статистической механики и ядерной физики» [57] Вайнберг С. Первые три минуты. М., 1981. С. 123. . Только открытие реликтового микроволнового фонового излучения «заставило всех нас всерьез отнестись к мысли, что ранняя Вселенная была» [58] Там же. С. 124. .

Таким образом, доминировали в равнодушном, скептическом отношении к реликтовому излучению психологические мотивы. Можно допустить, что какую-то роль в определенный момент сыграли позитивистские установки исследователей. Ранняя Вселенная казалась чем-то слишком удаленным от фактов.

Но фактически реликтовое излучение наблюдалось еще до официально признанной даты его открытия. В 1941 г. Мак-Келлар при изучении межзвездного газа обнаружил в спектре одной из звезд линии поглощения циана. Их свойства он объяснил наличием неизвестного излучения, которое в дальнейшем как раз и оказалось микроволновым фоновым излучением. Затем в 1955–1956 гг. микроволновое фоновое излучение из космоса наблюдал Т.А. Шмаонов в Пулкове как некий космический радиофон [59] Шмаонов Т.А. Методика абсолютных измерений эффективной температуры радиоизлучения с низкой эквивалентной температурой // Приборы и техника эксперимента. Т. 1. 1957. С. 83–86. . Но значение этих наблюдений не было своевременно понято. Они не получили никакой теоретической интерпретации и остались незамеченными космологами. Я помню о них потому, что проводил наблюдения на соседнем радиометре в то же время, что и Шмаонов (занимаясь совсем другой задачей — исследованием поляризации радиоизлучения Луны). Но, по сути, Шмаонов получил тот же самый результат, что и Пензиас с Уилсоном.

К счастью, как выяснилось при любопытных обстоятельствах, опасения Г.А. Гамова о невозможности наблюдения реликтового излучения оказались неверными. В начале 60-х годов Я.Б. Зельдович выдвинул в противовес теории Гамова свою теорию «холодной Вселенной». Для выбора между этими теориями сотрудники Я.Б. Зельдовича (И.Д. Новиков и А.Г. Дорошкевич) рассчитали общий спектр интенсивности всех электромагнитных космических излучений. Выяснилось, что существует «окно», в котором интенсивность реликтового излучения превышает остальные. Отсюда следовало, что наблюдательный выбор между теориями горячей Вселенной Гамова и холодной Вселенной Зельдовича вполне реален. Но открытие Пензиаса и Уилсона произошло независимо от этого теста — совершенно случайным образом. Дело в том, что оба они были не исследователями Вселенной, а радиоинженерами лаборатории «Белл», которые не ставили перед собой научных задач. Им необходимо было проградуировать радиометр, установив нуль-пункт для шкалы измерений. Для этого они решили направить свой прибор в сторону неба — в область, лишенную ярких радиоисточников. Предполагалось, что тем самым и будет зафиксирована нулевая отметка. Но к огорчению Пензиаса и Уилсона, оказалось, что в любой точке неба измеряется некоторый радиофон с температурой около 3°К. Были предприняты многочисленные и утомительные попытки избавиться от этого ненужного радиофона и поиски объяснения его причин (вплоть до весьма экзотических, например, повышение температуры антенны связывалось с голубиным пометом в ней; это объяснение выступало, таким образом, альтернативой реликтовому излучению!). Но все было тщетно. Тогда Пензиас и Уилсон решили сообщить об обнаруженном ими факте и отправили заметку в журнал. Произошла новая случайность. Статья попала на рецензию к Р. Дике, руководившему группой исследователей, теоретически обосновавших возможность обнаружения реликтового излучения с точки зрения теории гравитации Бранса-Дике (альтернативной эйнштейновской), и собиравшемуся приступить к поискам. Пензиас и Уилсон ненамного их опередили. В свою очередь, Дике и соавторы опубликовали сообщение в том же номере журнала. Так было сделано одно из величайших открытий не только космологии, но и всей науки XX века. Вопреки современным историко-научным мифам никто не искал реликтовое излучение с целью проверки предсказания теории. Напротив, существенную эвристическую роль в его исследовании сыграл прямо противоположный мотив: желание опровергнуть эту теорию, заменив ее альтернативой — построенной в рамках релятивистской космологии теории холодной Вселенной, которая была выдвинута Я.Б. Зельдовичем. Оно произошло случайно, причем оказалось не только непредвиденным, но и «нежеланным», от него хотели избавиться всеми возможными способами. Эти обстоятельства еще раз подчеркнули убедительную силу аргументов природы в ее диалоге с наблюдателем. Наблюдения подтвердили теорию горячей Вселенной Гамова, приверженцами которой стали Я.Б. Зельдович и И.Д. Новиков. Теория холодной Вселенной была названа ими примером «полезной ошибки» [60] Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М., 1965. С. 148. .