Алексей Левин - Белые карлики. Будущее Вселенной

Теперь заглянем в последний раздел книги, посвященный фоновому микроволновому излучению. Там отмечено, что вплоть до запуска в 1989 г. спутника COBE никак не удавалось измерить колебания температуры реликтовых фотонов, приходящих с разных точек небосвода (за исключением детектирования так называемого эфирного дрейфа, о котором читатель прочитает ниже). Это означало, что, если такие колебания и есть, они очень малы, — следовательно, реликтовое излучение почти идеально изотропно. В 1967 г. американские радиоастрономы Дэвид Вилкинсон и Брюс Партридж с помощью модифицированного радиометра Дикке (о нем мы тоже еще поговорим) обнаружили, что после вычленения эффекта эфирного дрейфа, флуктуации температуры реликтовых фотонов не превышают десятой доли процента. Их результат позволил предположить, что если даже наша Вселенная и не была высокоизотропна в момент рождения, то вскоре она обрела это свойство.

Такое обстоятельство составило немалую проблему для космологии. В первые космологические модели изотропность пространства закладывали с самого начала просто как математическое допущение. Однако еще в середине прошлого века стало известно, что уравнения ОТО позволяют построить множество неизотропных вселенных. В контексте этих результатов практически идеальная изотропность реликтового излучения потребовала объяснения.

Такое объяснение появилось лишь в начале 1980-х гг. и оказалось совершенно неожиданным. Оно было построено на принципиально новой теоретической концепции сверхбыстрого (как обычно говорят, инфляционного) расширения Вселенной в первые мгновения ее существования. Во второй половине 1960-х гг. наука до столь революционных идей просто не дозрела. Но, как известно, за неимением гербовой бумаги пишут на простой. Крупный американский космолог Чарльз Мизнер сразу после публикации статьи Вилкинсона и Партриджа попробовал объяснить изотропию микроволнового излучения с помощью вполне традиционных средств. Согласно его гипотезе, неоднородности ранней Вселенной постепенно исчезли из-за взаимного «трения» ее частей, обусловленного обменом нейтринными и световыми потоками (в своей первой публикации Мизнер назвал этот предполагаемый эффект «нейтринной вязкостью»). По его мысли, такая вязкость способна быстро сгладить изначальный хаос и сделать Вселенную почти идеально однородной и изотропной.

Исследовательская программа Мизнера выглядела красиво, но практических результатов не принесла. Главная причина ее неудачи опять-таки была выявлена с помощью анализа микроволнового излучения. Любые процессы с участием трения генерируют тепло, это элементарное следствие законов термодинамики. Если бы первичные неоднородности Вселенной были сглажены благодаря нейтринной или какой-то иной вязкости, плотность энергии реликтового излучения значительно отличалась бы от наблюдаемой величины. Как показали в конце 1970-х гг. американский астрофизик Ричард Матцнер и английский математик Джон Барроу, вязкие процессы могут устранить лишь самые мелкие космологические неоднородности. Для полного «разглаживания» Вселенной требовались другие механизмы, и они были найдены в рамках инфляционной теории.

Но все же Мизнер получил немало интересных результатов. В частности, в 1969 г. он опубликовал новую космологическую модель, имя которой позаимствовал у кухонного электроприбора! Мизнер окрестил ее Mixmaster Universe, по названию домашнего миксера производства компании Sunbeam Products. Эта вселенная все время бьется в сильнейших конвульсиях, которые, по мысли Мизнера, заставляют свет циркулировать по замкнутым путям, перемешивая и гомогенизируя ее содержимое. Однако позднейший анализ модели показал, что, хотя фотоны в мизнеровском мире и в самом деле совершают длительные путешествия, их смешивающее действие весьма незначительно.

Тем не менее Mixmaster Universe очень любопытна. Подобно замкнутой вселенной Фридмана, она возникает из нулевого объема, расширяется до определенного максимума и вновь стягивается под действием собственного тяготения. Но эта эволюция не гладкая, как у Фридмана, а абсолютно хаотическая и посему совершенно непредсказуемая в деталях. В молодости эта вселенная интенсивно осциллирует, расширяясь по двум направлениям и сокращаясь по третьему — как у Казнера. Однако ориентации расширений и сжатий не постоянны — они хаотически меняются местами. Более того, частота осцилляций зависит от времени и по приближении к начальному мгновению стремится к бесконечности. Такая вселенная претерпевает хаотические деформации, подобно желе, дрожащему на блюдечке. Эти деформации опять-таки можно интерпретировать как проявление движущихся в различных направлениях гравитационных волн, гораздо более буйных, чем в модели Казнера.

Mixmaster Universe вошла в историю космологии как самая сложная из воображаемых вселенных, созданных на базе «чистой» ОТО. С начала 1980-х гг. наиболее интересные концепции подобного рода стали использовать идеи и математический аппарат квантовой теории поля и теории элементарных частиц, а вскоре и теории суперструн. Но это уже совсем другая история.

Слово «шестидесятники» в российской культуре ассоциируется с поколением, отмеченным особенной ролью в жизни общества. В этом же смысле шестидесятники не раз присутствовали и в истории науки.

В Британии в 1660-е гг. было учреждено Королевское общество, а один из его основателей, Роберт Бойль, дал определение химического элемента и открыл первый из трех законов идеального газа. Джон Валлис (правильнее — Уоллис) создал теорию упругих и неупругих ударов и на ее основе пришел к общей концепции сохранения импульса. Джеймс Грегори предложил оптическую схему зеркального телескопа и доказал фундаментальную теорему о связи дифференцирования и интегрирования, которая считается основной теоремой математического анализа. Исаак Ньютон разработал основы дифференциального исчисления, раскрыл цветовой спектр солнечного света, построил телескоп-рефлектор, сформулировал первую версию закона всемирного тяготения и вывел общую формулу биномиального разложения. Так что британским шестидесятникам тех времен выпала исключительная роль в научной революции XVII в.

Перенесемся на два столетия вперед — в 1860-е гг. Илья Сеченов выпустил фундаментальные труды по физиологии нервной системы, Джеймс Клерк Максвелл в «Трактате об электричестве и магнетизме» опубликовал уравнения классической электродинамики, Грегор Мендель открыл законы наследственности, а Дмитрий Менделеев представил на суд химического сообщества Периодическую систему химических элементов. И снова — серия величайших достижений всего за одно десятилетие. Да и великая книга Чарльза Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора» вышла в свет в конце ноября 1859 г., а мировую известность приобрела в 1860-е гг.