Приямвада Натараджан - Карта Вселенной [Главные идеи, которые объясняют устройство космоса]

Отношение к статье усложнялось еще и тем обстоятельством, что вычисленное авторами значение температуры космоса не совпадало даже с результатами, которые получили раньше Гамов и его сотрудники. Дело в том, что Гамов предпринял смелую попытку связать проблему возникновения элементов со своей предыдущей работой по формированию звезд и предположил, что температура Вселенной и межзвездного вещества должна лежать в диапазоне от 5 °К до 50 °К. Такая неопределенная оценка сделала предсказания Альфера и Германа еще менее значимыми. Исследователи, занятые проблемой происхождения элементов (Гамов, Альфер, Герман и их сотрудники), напечатали в 1948 г. 11 статей по этой тематике. Несмотря на внушительное число публикаций, ни в одной из статей авторам так и не удалось решить космохимическую проблему возникновения тяжелых химических элементов, а между тем за это время научное сообщество сумело забыть и упомянутые предсказания Альфера и Германа. Описанное «несчастное» стечение обстоятельств может служить наглядным примером того, какие сложности иногда возникают на пути признания радикальных научных идей до получения общего признания и какую важную роль в этом играют ненаучные факторы. Мы видим яркий пример того, что целое научное сообщество не замечало исключительно важный результат в течение более 20 лет, и как результат этого появилось несколько тщательно выполненных исследований, авторы которых пытались понять, каким образом могла произойти такая очевидная ошибка в оценке столь важных новаторских идей. Очевидно, что за давностью лет невозможно ex post facto восстановить все тонкости личных отношений между Альфером, Германом и другими их участниками, однако космолог Джеймс Пиблс попытался внимательно проследить историю всех этих связанных научных публикаций в своей подробной статье с удачным названием «Открытие горячего Большого взрыва: Что произошло в 1948 г.» (Discovery of the Hot Big Bang: What Happened in 1948). Этой истории посвящена книга Джона Мазера и Джона Бослоу «Самый первый Свет» (The Very First Light) {7} , пытавшихся глубоко вникнуть в суть событий. Все авторы попыток их реконструкции приходят к единому выводу: Альфер и Герман действительно в своей статье 1948 г. в журнале Nature смогли первыми оценить температуру реликтового излучения и идентифицировать ее в качестве температуры Вселенной.

Рассуждая умозрительно, можно легко объяснить формальными причинами тот факт, что другие ученые не заметили ценную информацию. Прежде всего, важнейшая статья Альфера и Германа формально была посвящена вовсе не температуре космоса, а образованию химических элементов в ранней Вселенной. Вследствие чего оценка этой температуры выглядела в ней лишь побочной темой, а статья не содержала рекомендаций для поиска или регистрации этой температуры или же проверки предсказываемых значений. Впрочем, если бы кто-то и обратил внимание на статью 1948 г., это не имело бы никакого практического значения, так как предсказанное значение температуры было слишком мало для экспериментальных измерений. В результате первые серьезные попытки ее измерения начались гораздо позднее. В упомянутой книге Мазера и Бослоу отмечается, что в 1948 г. такое измерение технически было уже возможно, но сопряжено с большими сложностями. Такую попытку предпринял Роберт Дикке, физик из Принстонского университета, но он сам не заметил, что был очень близок к измерению температуры Вселенной. Дикке осуществлял проект по измерению температуры черного тела для Солнца и Луны. Он увидел, что при измерениях теплового излучения возникают ошибки, связанные с влиянием земной атмосферы. Дикке и трое его коллег в 1946 г. (то есть еще за два года до «взрыва» публикаций группы Гамова, Альфера и Германа) опубликовали на эту тему специальную статью, где сообщали: уровень излучения подразумевает, что температура верхней атмосферы не превышает 20 °К (примерно –253 °C). Авторы статьи также сочли соответствующий этой температуре сигнал слишком слабым для прямой регистрации радиометром {8} . Дикке, пытавшийся провести такие же измерения во Флориде, потерпел неудачу и вскоре вообще потерял интерес к проблеме. Так как сама идея существования некоей температуры космоса оставалась неясной в общей схеме понятий астрофизики, ее игнорировали долгое время. Кроме того, за температуру космоса зачастую принимали температуру верхней атмосферы или межзвездного вещества. Недостаток концептуальной ясности в предмете исследований также не способствовал успеху исследований. По иронии судьбы, как мы увидим ниже, именно Дикке изобрел прибор, позволивший провести важнейшие измерения!

Часть этой проблемы была связана с чрезмерной специализацией и отсутствием взаимодействия между разными научными областями астрономии и физики. Герман и Альфер занимались астрофизикой звезд, отдельной образовательной дисциплиной, которая воспринималась как мало связанная с космологией. Хельге Краг в своей книге «Космология и полемика» (Cosmology and Controversy) считает, что предлагаемые Гамовым, Германом и Альфером в разных работах противоречивые и разнообразные значения температуры Вселенной только запутали астрономов [25]. Кроме того, оставалось неясным, имеет ли данная температура действительно космическое происхождение или она включает в себя какие-то воздействия от излучения звезд. Эта путаница в определениях и интерпретациях возникла очень давно, и, возможно даже, именно она привела к тому, что не была установлена точная дата самой первой истинной регистрации реликтового излучения, произошедшей еще до попыток Дикке. Дело в том, что, как выяснилось позднее, еще в 1941 г. температуру Вселенной измерил (не осознавая этого факта) канадский физик Эндрю МакКеллар. Он изучал так называемый углеродно-азотный цикл в качестве потенциального источника энергии в углеродных звездах и в процессе исследований обратил внимание на излучение токсичных органических соединений класса цианогенов (содержащих азот и углерод), присутствие которых было зарегистрировано в излучении хвоста кометы Галлея еще в 1910 г. Изучая спектры излучения таких молекул в космическом пространстве для выяснения их функций и происхождения, МакКеллар вдруг обнаружил, что эти ядовитые цианогены являются исключительно холодными и их температура составляет лишь 3 °К (–270 °C). На регистрацию этой странной, абсурдно низкой и кажущейся «эзотерической» температуры космоса никто не обратил никакого внимания. Краг полагает, что Герман и Альфер допустили еще одну ошибку, не обсуждая и не рассматривая вопрос о том, каким образом должна оцениваться измеряемая ими температура. Например, в своей статье 1948 г. в журнале Nature они не смогли рассчитать и представить точную длину волны, на которой космическая температура могла быть зарегистрирована. Герман и Альфер не представили даже кривую спектра излучения черного тела. Они забыли упомянуть, что космическая температура должна быть измерена в микроволновом диапазоне, и поэтому Краг считает (и я согласна с ним), что это упущение помешало экспериментально обнаружить фоновое излучение. Отсутствие указания на микроволновую область помешало астрономам соединить точки на полученных кривых. Все расчеты Германа и Альфера были проведены в контексте изложения, принятого в совершенно непривычной для астрономов области знаний (ядерной физике). Космологи просто не смогли их правильно интерпретировать {9} .