Брайан Китинг - Гонка за Нобелем. История о космологии, амбициях и высшей научной награде

Металлические волоски Хойла вели себя как бесчисленные крошечные компасные иголки. Они легко выравнивались под действием магнитных полей, пронизывающих космическое пространство, и собирались в плотные облака, которые, подобно «космическим вышибалам», пропускали через себя только свет, поляризованный перпендикулярно к их ориентации, и задерживали свет, поляризованный вдоль их продольных осей (рис. 25) {12} . Этот отраженный свет мотался между частицами пыли, как пьяница от бара к бару. В конце концов он приходил к тепловому равновесию с характеристической температурой, определяемой формой и составом пылевых волосков.

Таким образом, модель квазистационарного состояния не только объясняла происхождение реликтового излучения, но и показывала причины поляризации звездного света. Казалось, Хойл находится в одном шаге от того, чтобы подтвердить коперниканский принцип, повергнуть в прах модель Большого взрыва и предсказать точную температуру реликтового излучения. И, что самое потрясающее, Хойл сделал все это, исходя из основных принципов, используя материю с обычной плотностью и обычной температурой, а не бесконечные величины, которых требовала модель Большого взрыва. Единственное, чего не хватало модели Хойла, — это источника волосков. Что могло произвести на свет эти магические пылевые волоски?

Хойл снова не разочаровал. Он был космическим алхимиком: в его Вселенной послушные ему звезды могли делать все, что он пожелает {13} . Физическое сообщество уже признало, что все тяжелые элементы периодической таблицы возникли внутри звезд. По сути, звезда — это ядерный реактор, в котором легкие элементы (например, водород) соединяются в более тяжелые элементы (например, гелий). Процесс ядерного синтеза сопровождается выделением огромного количества энергии в виде тепла. Это тепло создает давление, которое противодействует колоссальной гравитационной силе, стремящейся сжать звезду. Гелий, в свою очередь, сливается в более тяжелые ядра, такие как углерод, и т. д. Но когда в достаточно массивной звезде заканчиваются запасы более легких элементов и начинается ядерный синтез железа, то не остается избыточной тепловой энергии, противодействующей сжатию. Звезда схлопывается, создавая ударную волну, которая выбрасывает железо и другие тяжелые элементы в окружающую межзвездную среду, и в результате образуется так называемая сверхновая II типа (рис. 26) {14} .

Межзвездная среда — так называется все, что находится между звездами, — очень холодное и пустое пространство. В ней расплавленное железо конденсируется в твердые частицы. Обширные свидетельства этого процесса мы можем видеть и на Земле. Каждый день на нашу планету оседают тонны микрометеоритов, многие из которых при увеличении оказываются крошечными железными волосками, которые, как считают ученые, образовались в ходе взрывов сверхновых (рис. 27) {15} .

Если частицы пыли действительно состоят из железа, как и многие метеориты, значит, они обладают магнитными свойствами и магнитные поля Млечного Пути должны упорядочивать их. Конечно, микрометеориты имеют не межзвездную, а межпланетную природу {16} . Но эта техническая деталь не волновала ученых, когда они поняли, что можно произвести похожие металлические волоски в лабораториях {17} . А приступив к делу, они обнаружили, что лабораторная пыль обладает свойствами, поразительно похожими на свойства ее космической сестры. И, что было лучше всего, почти в каждой известной астрономам галактике имелись триллионы тонн пыли со свойствами, которых требовали расчеты Хойла, и значительные массы такой пыли были выброшены взрывами в межгалактическое пространство {18} .

Даже после открытия реликтового излучения в 1965 году большинство космологов сомневались в «начальной сингулярности», на которую опиралась модель Большого взрыва. Но никто не сомневался в существовании пыли. И никто не сомневался в реальности вспышек сверхновых звезд. Все компоненты, необходимые для преобразования видимого света звезд в космическое микроволновое излучение, были на месте {19} . Хойл и его команда произвели необходимые детальные расчеты и обнаружили, что их модель предсказывала температуру реликтового излучения ровно в 2,7 кельвина {20} . Они победили.

Модель стационарной Вселенной возродилась, как феникс из пепла, в виде теории квазистационарного состояния, и все благодаря пыли — веществу, презираемому первыми астрономами, затеявшими Великие дебаты. Отныне субстанция, заставлявшая астрономов думать, что Солнце находится в центре Млечного Пути, не могла ввести астрономов в заблуждение. Четвертые Великие дебаты, на этот раз включавшие вопрос о благоприятном для существования человечества времени, снова разрешились в пользу Коперника. Наконец-то у пыли наступил свой звездный час.

Открытие в 1965 году реликтового излучения было лишь первым шагом. Теперь космологам нужно было измерить микроволновый фон на всех длинах волн. Конечно, эти измерения не доказали бы окончательно модель Большого взрыва, но убедительно показали бы несостоятельность стационарной модели. И вот спустя два с половиной десятилетия неопределенности, в 1990 году, спектрометр дальнего инфракрасного диапазона FIRAS (Far Infra Red Absolute Spectrophotometer), установленный на борту космической обсерватории COBE (Cosmic Background Explorer), с беспрецедентной точностью измерил «радугу» космического микроволнового фона — яркость его излучения на всех частотах. Результаты измерений полностью соответствовали предсказаниям модели для абсолютно черного тела, таким образом став неопровержимым свидетельством того, что CMB имеет чернотельную природу {21} . Однако теоретики квазистационарного состояния сумели объяснить и это: чернотельное излучение может точно так же исходить от звезд, поскольку пылевые волоски способны рассеивать звездный свет в достаточной степени, чтобы охлаждать излучение до температуры, зарегистрированной FIRAS.

Тем не менее для большинства космологов FIRAS доказывал Большой взрыв. Последовало еще несколько Нобелевских премий — но не для авторов-теоретиков. Георгий Гамов, которого называли «отцом Большого взрыва», умер задолго до эксперимента FIRAS, через три года после открытия реликтового излучения {22} . Ральф Альфер также не удостоился приза, хотя и был жив в 2006 году, когда половина Нобелевской премии по физике досталась Джону Мазеру, руководителю группы FIRAS, за открытие чернотельной структуры спектра реликта. (Другая половина была присуждена Джорджу Смуту, руководителю второй экспериментальной программы COBE под названием Differential Microwave Radiometer/DMR. С помощью этого высокочувствительного радиометра было установлено, что реликтовое излучение имеет незначительную степень анизотропии — отклонения от изотропии, или идеальной однородности. Оказалось, что реликтовое излучение не совсем гомогенно.) Альфер умер в следующем году. Роберт Герман умер в 1997 году. Таким образом, из-за введенного в 1974 году произвольного запрета на посмертное присуждение все теоретики, выдвинувшие гипотезу Большого взрыва, навсегда лишились прав на нобелевское золото.