Алексей Левин - Белые карлики. Будущее Вселенной

Статья принстонских физиков тоже невелика. Она начинается с краткого экскурса в космологию, причем особо отмечено, что гипотеза горячего рождения Вселенной приводит к предсказанию фонового чернотельного излучения. В отличие от неопубликованной статьи Пиблза, в ней нет точного предсказания его нынешней температуры, но подчеркнуто, что она, вероятно, не превышает 40 K. Двое из четырех соавторов (Ролл и Вилкинсон) сообщили, что построили радиометр с рупорной антенной для измерения интенсивности микроволнового излучения с длиной волны 3 см, и кратко обсудили его будущее применение. В этом месте авторы сослались на результаты Пензиаса и Вильсона, а также подчеркнули, что для определения характера спектра необходимо продолжать начатые теми измерения на других длинах волн. В заключение авторы кратко сравнили открытую и закрытую модели Вселенной, но сейчас это представляет лишь исторический интерес.

Этот раздел уместно завершить цитатой из заметки американского научного журналиста Кларенса Перси Гилмора, опубликованной в ноябрьском выпуске журнала Popular Science за 1965 г. «У Дикке… была теория, но он ничем не мог ее подкрепить. У Пензиаса имелся шум, но не было никакой теории. Они объединили результаты, и все прекрасно сошлось». Пожалуй, лучше и не скажешь.

Любое крупное (а тем более великое) научное достижение по своей сути стимулирует критическую переоценку существующего научного знания и его последующее развитие. Это в полной мере относится и к открытию реликтового излучения.

Во второй половине 1960-х гг. оно прежде всего повлияло на состояние космологии. Теорию Большого взрыва в настоящее время считают столь же несомненной, как и систему Коперника. Однако до открытия реликтового излучения она отнюдь не пользовалась общим признанием, и не только потому, что некоторые ученые полностью отрицали идею расширения Вселенной. У модели Большого взрыва имелась серьезная конкурентка, которая это расширение полностью принимала, но объясняла совсем по-другому. В законченном виде она появилась на свет в том же 1948 г., что и предсказание реликтового излучения. Сейчас эта теория практически забыта, а когда-то была весьма популярной.

Место ее рождения — университетский Кембридж. После разгрома Гитлера там поселились замечательные ученые — Фред Хойл, Герман Бонди и Томас Голд. Во время войны они работали в радиолокационной лаборатории британских ВМФ и там подружились. Хойлу к моменту капитуляции Германии еще не исполнилось и тридцати, а его приятелям стукнуло по двадцать пять. Хойл был чистокровнейшим англичанином из Йоркшира, двое остальных — уроженцами Вены, но по образованию, как и Хойл, кембриджцами высокой пробы. Хойл со временем приобрел всемирную известность как отец-основатель теории звездного нуклеосинтеза и классик астрофизики, а также как писатель-фантаст и популяризатор науки. Бонди после войны остался в Англии, стал крупнейшим специалистом по ОТО, работал главным научным консультантом Минобороны и Минэнергетики, получил (как и Хойл) дворянство, был гендиректором Европейской организации космических исследований (ныне Европейское космическое агентство), президентом нескольких научных обществ, ректором одного из Кембриджских колледжей. Голд в конце 1950-х гг. перебрался в США, в Корнеллский университет, где и проработал до смерти в 2004 г. Он осуществил важнейшие исследования космического магнетизма (термин «магнитосфера» — его изобретение), совместно с Хойлом предложил модель пульсара как вращающейся замагниченной нейтронной звезды и даже выдвинул элегантную, но, скорее всего, неправильную теорию тектонического происхождения угля и нефти. В общем, троица в полном составе вошла в элиту мировой науки.

Хойл и его друзья еще в свою радарную эру по вечерам отводили душу в беседах о фундаментальных проблемах мироздания. На этих домашних семинарах они много времени посвящали космологии. Все трое дружно невзлюбили восходящую к Леметру гипотезу взрывного рождения Вселенной, но закон Хаббла приняли всерьез и потому отвергли концепцию статичного мироздания. После войны они продолжали собираться у Бонди и обсуждали эти же проблемы. Озарение снизошло на них после просмотра кинострашилки «Глубокой ночью», где главный герой Уолтер Крейг (в исполнении знаменитого Мервина Джонса) попал в замкнутую событийную петлю, возвратившую его в ситуацию, с которой все началось. Фильм с такой фабулой в принципе может продолжаться бесконечно, как стишки о попе и собаке. Тут-то Голд и сообразил, что Вселенная может оказаться структурным аналогом этого сюжета — изменяющейся, но неизменной.

Поначалу друзья сочли эту идею безумной, но потом решили, что в ней что-то есть. Объединенными усилиями они превратили голдовскую гипотезу в связную теорию. Бонди с Голдом дали ее общее изложение, а Хойл в отдельной публикации представил математические расчеты. За основу он взял уравнения ОТО, но дополнил их гипотетическим «полем творения», С-полем, обладающим отрицательным давлением. Нечто в этом роде тридцать с лишним лет спустя появилось в инфляционных космологических теориях, что доставило Хойлу немалое удовольствие.

Эта модель вошла в историю науки как Космология стабильного состояния. Ее основное положение заключается в том, что Вселенная расширяется, но начала не имеет, поскольку всегда подобна себе самой. Новая теория провозгласила не только полное равноправие всех точек пространства (это уже было у Эйнштейна), но и всех моментов времени. Голд назвал это положение совершенным космологическим принципом. Геометрия пространства в этой модели остается строго плоской, как у Ньютона. Галактики разбегаются, однако в космосе «из ничего» (точнее, из творящего поля — для этого оно и понадобилось!) появляется новое вещество, причем с такой интенсивностью, что средняя плотность материи остается неизменной. В соответствии с тогдашним значением постоянной Хаббла Хойл вычислил, что в каждом кубометре пространства в течение 300 000 лет возникает лишь одна частица. Это сразу снимало вопрос, почему приборы не регистрируют подобные процессы — они слишком медленны по человеческим меркам. Новая космология не испытывала ни малейших трудностей, связанных с возрастом Вселенной, — эта проблема для нее просто не существовала.

Для подтверждения cвоей модели Хойл предложил воспользоваться данными о пространственном распределении юных галактик. Если С-поле равномерно творит материю повсюду, то средняя плотность таких галактик должна быть примерно одинакова. Хойловский критерий в принципе был совершенно разумным, однако из-за отсутствия телескопов необходимой мощности произвести такое тестирование не представлялось возможным. Правда, в 1955 г. английский радиоастроном и будущий нобелевский лауреат Мартин Райл обнаружил, что на космической периферии плотность слабых радиоисточников больше, чем вблизи нашей Галактики. Он открытым текстом заявил, что полученные результаты несовместимы с космологией стабильного состояния. Однако через несколько лет другие ученые пришли к выводу, что Райл преувеличил различия плотностей, и вопрос остался открытым.