Борис Штерн - Прорыв за край мира

В теории нуклеосинтеза Хойл пробил тупик, казавшийся глухим, ответив на вопрос, как в звездах образуются элементы тяжелее гелия. Оказывается, мостиком от гелия к более тяжелым элементам служит тройная гелиевая реакция — сливаются три ядра гелия, образуя ядро углерода. Вероятность реакции получается достаточно высокой лишь потому, что у углерода существует ядерный резонанс с «правильной» энергией — именно Хойл в конце 1940-х предсказал существование этого резонанса, потом этот факт был экспериментально подтвержден. Позже он с Маргарет Бербидж, Джеффри Бербиджем и Уильямом Фаулером опубликовал фундаментальную статью по звездному нуклеосинтезу, ставшую знаменитой.

6.1. Фред Хойл (1915-2001). Фото с сайта www.english.cam.ac.uk

Теория, вошедшая в историю как «стационарная модель», была впервые предложена им в 1948 году совместно с Томасом Голдом и Германом Бонди.

Хойл признавал, что Вселенная расширяется, галактики разбегаются и красное смещение — реальный эффект Доплера, а не мифическое «старение фотонов». Но! Пусть в каждом кубическом километре пространства в среднем раз в год рождается один протон и один электрон. Этого достаточно, чтобы компенсировать разбегание галактик и поддерживать среднюю плотность Вселенной на одном уровне. И так могло быть всегда — никаких «больших взрывов».

Откуда возьмутся этот протон с электроном? Да хоть из ничего! Ведь в космологии Большого взрыва целая Вселенная возникла из ничего. По мнению Хойла, Большой взрыв антинаучен и относится скорее к сфере теологии, чем физики.

Далее новое вещество потихоньку сгущается в новые галактики (на самом деле с этим могут быть большие проблемы), старые освобождают место для новых, и Вселенная самовоспроизводится, оставаясь вечно молодой. Это очень оптимистичная теория. С парадоксом Оль-берса всё в порядке — далекие звезды не светят из-за красного смещения. Тепловая смерть тоже отменяется: рождающаяся материя имеет низкую энтропию — она сгустится в звезды и станет новым топливом. Энтропия сопутствующего объема в расширяющейся Вселенной растет, но энтропия фиксированного объема остается постоянной.

В такой вечнозеленой Вселенной приобретает смысл старая идея панспермии. Жизнь возникла не на Земле — она гораздо древнее, а может быть вечна. Она переносится в космосе в виде спор примитивной жизни, например с пылью или вмороженная в глыбы льда, выброшенного с поверхности планет ударами метеоритов. Споры засевают новые планеты, жизнь на них размножается и эволюционирует к высшим формам, и так будет всегда! Не правда ли, замечательно?!

А если Вселенная родилась в результате Большого взрыва? Тогда в идее панспермии нет особого смысла. Действительно, жизнь на Земле появилась 4 млрд лет назад, а еще на 6-7 млрд лет раньше для нее во Вселенной не было никаких условий. Какая разница, зародилась жизнь на Земле или чуть раньше на другой планете и с огромными трудностями перепрыгнула на Землю? Статус панспермии уже не тот — вместо неограниченного времени на зарождение и распространение жизни отводится всего лишь раза в два больший срок, чем она существует на Земле.

У теории Хойла есть еще один плюс — она отчасти имеет под собой физическую основу, которая окрепла со временем. Такой тип расширения Вселенной, как требуется в этой теории, происходит на самом деле прямо сейчас. Это ускоренное экспоненциальное расширение, когда расстояние между парой далеких галактик увеличивается в два раза примерно каждые 10 млрд лет. В 1963-1966 годах Хойл в соавторстве с Джайацтом Нарликаром развил теорию, согласно которой Вселенная заполнена неким полем, которое он назвал «полем творения» (C-field), с отрицательными давлением и плотностью энергии, которое вызывает экспоненциальное расширение Вселенной и рождает новые частицы.

Здесь осведомленный читатель может воскликнуть: «Да это же один в один инфляция, придуманная на 15 лет позже!» Почти что так, за исключением знака плотности энергии поля. Идея, в общем, оказалась близкой к истине. Фактически Хойл первым предложил прототип механизма под названием «космологическая инфляция», занимающий центральное место в этой книге. Увы, идея была приложена к неправильному сценарию и имела неверные положения, например, теперь ясно, что поле с отрицательной энергией будет нестабильно. Сейчас мы много чего еще знаем: подобное поле существует (только плотность его энергии положительна, а не отрицательна), и оно действительно вызывает ускоренное расширение Вселенной. Однако, рождать протоны с электронами это поле по современным представлениям не может. В широких массах оно известно под именем «темная энергия». Фред Хойл дожил до открытия ускоренного расширения Вселенной (это произошло в конце 1990-х) и наверняка порадовался.

Как жаль, что эта жизнеутверждающая теория оказалось неверной!

Сильнейший удар по ней был нанесен открытием микроволнового реликтового излучения, оставшегося со времен, когда Вселенная вся была заполнена горячей плазмой. Хойл не сдался, он предположил, что это излучение — свет далеких звезд, переработанный галактической пылью. Хойлу указали на то, что Вселенная явно меняется со временем: квазары почти исчезли за последние несколько миллиардов лет, изменились типы галактик… Но он продолжал выкручиваться, искал лазейки. В частности, предположил, что творение вещества идет не равномерно, а модулировано синусоидой. Так и не сдался! Испортил себе репутацию, возможно, именно по этой причине не получил Нобелевскую премию, которая была присуждена его соавтору Уильяму Фаулеру за теорию нуклеосинтеза в звездах, но не сдался. Умер в звании рыцаря (посвящен в 1972 году), в возрасте 86 лет, в новом тысячелетии (2001 год), когда основные события, описываемые в этой книге, уже произошли.

Вероятно, драма Хойла заключается в том, что философ и поэт в его душе оказались сильнее профессионала-физика. И все-таки стоит отдать ему должное не только за правильные работы, но и за красивые и в каком-то смысле пророческие заблуждения. Без подобных заблуждений история науки была бы скучнее.

Америку открыл Колумб, хотя викинги еще за сотни лет до открытия торговали с индейцами. Аналог эпохи великих географических открытий в астрофизике — 1960-е годы. Открытия шли одно за другим с интервалом в год: квазары, пульсары, реликтовое микроволновое излучение, гамма-всплески и ряд других, относительная важность которых зависит уже от точки зрения. Наиболее прямое отношение к нашей истории имеет реликтовое излучение. Лавры открытия принадлежат Арно Пензиасу и Роберту Вильсону, хотя архивные раскопки показывают, что микроволновое излучение уже видели раньше — прямо или косвенно. Так, в 1941 году канадский астроном Эндрю Маккеллар увидел в спектре поглощения звездного света межзвездным газом молекулярные линии, которые требуют постоянной накачки тепловым излучением с температурой 2,5 градуса Кельвина. Это отметили как загадочный факт и прошли мимо.