Алексей Левин - Белые карлики. Будущее Вселенной

Правда, здесь надо кое-что уточнить. Приведенная в статье Альфера и Германа величина температуры реликтового излучения следует из принятой ими оценки средней плотности вещества во Вселенной, которая в свете современных данных была сильно занижена. Пересчет температуры с использованием уточненных космологических данных дает для температуры реликтового излучения величину того же порядка, но с другим численным значением. Однако в плане истории космологии и астрофизики суть не в тех или иных конкретных числах, которые в любом случае не были и не могли быть точными. Альфер и Герман показали, что горячая модель рождения Вселенной позволяет найти связи между физическими условиями в юной Вселенной и наблюдаемыми в наши дни параметрами космоса (такими как температура реликтовых фотонов и относительные концентрации элементов — если не всех, то самых легких). Детали этих связей с тех пор не раз уточнялись, однако сама демонстрация их существования стала непреходящим вкладом в науку о Вселенной.

Молодые ассистенты Гамова с самого начала понимали, что их выводы необходимо проверить. Как вспоминал инициатор первых экспериментов по детектированию гравитационных волн Джон Вебер, в конце 1948 г. или в начале 1949 г. они посетили вашингтонскую Исследовательскую лабораторию ВМФ (Naval Research Laboratory), где работала команда радиоастрономов, возглавляемая Джоном Хагеном. Если верить Веберу, они спросили Хагена, можно ли существующими средствами обнаружить предсказанное ими излучение, но тот ответил, что такая задача слишком сложна. Судя по всему, Альфер с Германом поверили его заключению и к другим радиоастрономам уже не обращались. Прояви они больше настойчивости, реликтовое излучение вполне могло быть открыто раньше, чем это случилось в реальности, и необязательно тем же способом. При таком раскладе Альфер и Герман почти наверняка оказались бы нобелевскими лауреатами.

В первой половине 1950-х гг. предсказания космического фонового излучения повторялись еще несколько раз, но потом как-то исчезли из научной литературы. В середине 1950-х гг. Георгий Гамов увлекся расшифровкой генетического кода и практически забыл об астрофизике. Тогда же Альфер и Герман перешли на работу в промышленные корпорации и тоже оставили фундаментальную науку. В космологии в это время вошла в моду концепция стационарной Вселенной, выдвинутая в конце 1940-х гг. Фредом Хойлом и его коллегами по Кембриджскому университету Германом Бонди и Томасом Голдом. В их модели, речь о которой впереди, Вселенная считалась вечной, что исключало гипотезу Большого взрыва. И наконец, во второй половине 1950-х гг. были разработаны основы современной теории звездного нуклеосинтеза, блестяще объяснившей рождение элементов тяжелее гелия в звездных ядрах. В итоге исследования Гамова и его сотрудников были сочтены анахронизмом и почти забыты.

Однако в 1964 г. ситуация изменилась. К этому времени в Принстонском университете несколько лет работала группа по изучению гравитации, созданная Робертом Дикке. В противоположность большинству физиков того времени, он очень удачно совмещал таланты экспериментатора и теоретика. В 1941–1946 гг. он работал в Лаборатории излучений (Radiation Laboratory) Массачусетского технологического института, где занимался радиолокаторами и сконструировал оригинальный прибор для измерения плотности микроволнового излучения (радиометр Дикке). В 1946 г. Дикке и трое его коллег подсоединили радиометр к небольшой антенне, выполненной в виде рупора с прямоугольным сечением (такая антенна при вертикальной ориентации раструба хорошо отсекает от приемника электромагнитные волны, приходящие с земной поверхности). Участники эксперимента провели пробные измерения космического лучевого фона на частоте порядка 30 ГГц (что соответствует длине волны в 1 см). После анализа результатов они пришли к выводу, что интенсивность «излучений от космической материи», как они их назвали, очень мала, а их температура не превышает 20 K. В ретроспективе можно допустить, что команде Дикке тогда удалось отловить следы реликтового излучения. Более того, вполне вероятно, что, если бы Дикке повысил чувствительность своего радиометра и использовал антенну большего сечения и лучший волновод, ему уже через какую-то пару лет удалось бы достаточно надежно детектировать микроволновой фон Большого космоса. Однако в том же 1946 г. Дикке перешел в Принстонский университет, где через 11 лет стал профессором физики, а позднее и деканом физфака. В Принстоне его исследовательские интересы сдвинулись в область изучения тяготения, и эксперименты с радиометром надолго остались без продолжения.

В 1961 г. Дикке вместе со своим студентом Карлом Брансом разработал оригинальную теорию гравитации, которая довольно долго считалась небезынтересной альтернативой эйнштейновской ОТО. На ее основе он пришел к концепции Вселенной, которая не имеет ни начала, ни конца, но постоянно осциллирует между сменяющими друг друга фазами расширения и сжатия. При этом, согласно Дикке, каждый цикл начинается со сверхплотного состояния материи, нагретой не менее чем до десятков миллиардов кельвинов. Так что по Дикке, как и по Гамову, начало Вселенной было очень горячим, только не однократным, а повторяющимся. При этом Дикке, по его собственному признанию, в то время ничего не знал о работах гамовской группы.

Обдумывая свою модель, Дикке вполне закономерно пришел к идее фонового излучения чернотельного типа, которое возникло в эпоху максимального нагрева Вселенной и сохранилось до наших дней в сильно охлажденном виде. В 1963 г. Дикке на базе весьма приближенных подсчетов оценил его температуру в 40 K. Годом позже к сотрудничеству были привлечены радиофизики Дэвид Вилкинсон и Питер Ролл, которые спроектировали и построили радиометр для измерения температуры излучения. Вместе с ними Дикке выполнил серию измерений фоновой яркости неба в этом диапазоне. Летом 1964 г. он поручил своему бывшему студенту Джеймсу Пиблзу проверить, как полученные результаты согласуются с различными космологическими моделями. Пиблз в то время тоже слыхом не слыхал о гамовской теории и к тому же не особенно верил в саму идею осциллирующей Вселенной. Однако он с энтузиазмом взялся за поставленную Дикке задачу и через несколько месяцев получил оценку для современного значения температуры фонового излучения в 10 K.

В конце 1964 г. и в феврале 1965 г. Пиблз доложил свои результаты на двух коллоквиумах, а также изложил в статье, которую отправил в Physical Review . Она попала к рецензенту, знакомому с работами команды Гамова, который отклонил рукопись из-за недостатка оригинальности. В марте Дикке и Пиблз, еще не получив ответа из Physical Review , включили свои результаты в большой обзор [50] Gravitation and Space Science // Space Science Reviews, 4: 419–460. , который в этом же году появился в печати. Там фигурировала и полученная Пиблзом оценка температуры фонового излучения. Однако перед отправкой обзора в печать соавторы узнали о результатах Пензиаса и Вильсона, о чем и сообщили в сноске, добавленной в верстку. Так что в этой части их работа к моменту выхода в свет умудрилась устареть.