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

Их оппоненты, отстаивающие теорию стационарной Вселенной, также остались с носом, хотя Фред Хойл все же получил утешительный приз: в 1997 году Шведская королевская академия наук, присуждающая Нобелевские премии, вручила ему престижную премию Крафорда, которая сопровождается довольно весомым денежным вознаграждением в размере трех четвертей от Нобелевки. Многие восприняли это как попытку Академии искупить свою вину за то, что в 1983 году она наградила соавтора Хойла Фаулера, а самого автора модели оставила за бортом. При вручении премии Крафорда Академия отдала должное неординарному мышлению Хойла: «В самой известной работе Хойла о звездном происхождении элементов был описан ряд наиболее важных процессов, которые могут протекать внутри звезд и приводить к образованию всех элементов за исключением самых легких из них. Его более поздние работы были сосредоточены на космологии и природе межзвездной пыли. Эти работы характеризуются новыми интересными идеями и иногда догадками» {23} .

Упоминание «догадок» намекало на модель квазистационарного космологического состояния и магические пылевые волоски Хойла. Судя по всему, в 1997 году Нобелевский комитет все же считал пылевой механизм Хойла правдоподобным объяснением происхождения фонового излучения и его температуры в 2,7 кельвина.

Несмотря на недостатки квазистационарной модели, ни один из них не казался фатальным. Ее авторы находили способы уклониться от критики; они сумели объяснить даже незначительные колебания интенсивности реликтового излучения, обнаруженные в 1992 году радиометром DMR на борту спутника COBE {24} . Однако объяснение результатов DMR, при всей их убедительности, стало последней победой сторонников квазистационарной модели.

Судьба избавила Фреда Хойла от мучительной участи наблюдать за агонией своей любимой теории. Он умер в 2001 году, всего за год до того, как квазистационарная космологическая модель пала жертвой своего ключевого свойства, которое притягивало к ней многих ученых: ее фальсифицируемости.

Чтобы модель квазистационарной Вселенной была жизнеспособной, весь космос должен быть заполнен особой пылью. У этой пыли было много дел. Во-первых, обязанность поглощать звездный свет, который, как мы знаем на примере Солнца, почти полностью состоит из света видимого диапазона. Во-вторых, от нее требовалась термализация, т. е. вся межзвездная среда с ее пылевыми облаками должна была находиться в тепловом равновесии при температуре 2,7 кельвина, которую наблюдали сначала Пензиас и Уилсон, а затем FIRAS. В-третьих, для того чтобы поддерживать тепловое равновесие и не нагреваться под воздействием звездного света, пыли надлежало излучать энергию в форме микроволн, которые проходят дальше через Вселенную. Чтобы выполнять столь разные функции, пылевые частицы должны были иметь форму так называемых волосков — крошечных цилиндриков меньше миллиметра длиной.

Исходя из этих предположений, модель квазистационарного состояния предсказывала поляризацию реликта, причем не просто поляризацию, а высокую степень поляризации в результате прохождения излучения через бесчисленные упорядоченные облака из пылевых волосков. Это было важное фальсифицируемое предсказание, проверяемое экспериментальным путем. Теперь оставалось измерить поляризацию реликтового излучения и таким образом подтвердить или опровергнуть модель Хойла.

В 2002 году телескоп Degree Angular Scale Interferometer/DASI (Интерферометр с градусным угловым разрешением) впервые измерил поляризацию космического микроволнового фона {25} . Эксперимент, которым руководил один из самых выдающихся экспериментальных космологов нашего времени — Джон Карлстром — вместе со своим аспирантом Джоном Ковачем, убедительно показал, что поляризация космического микроволнового фона и близко не соответствовала величине, предсказанной квазистационарной моделью. Она была незначительной, всего на уровне 0,00001 %, т. е. примерно в 1000 раз меньше, чем должны были обеспечить волоски Хойла {26} . Пыль здесь была ни при чем.

Однако новые поляризационные данные прекрасно вписывались в нарратив Большого взрыва. Согласно этой модели, реликтовое излучение изначально было неполяризованным, как и любое излучение черного тела. Но в первые 380 000 лет после рождения Вселенной его первичные фотоны постоянно сталкивались с электронами, которыми кишела первичная плазма, прежде чем она немного остыла и позволила электронам связаться с протонами с образованием ядер водорода. Процесс упругого столкновения фотонов с электронами известен как томсоновское рассеяние. (Физики любят давать процессам и эффектам имена открывших их ученых. Этот процесс был назван в честь Дж. Дж. Томсона, лауреата Нобелевской премии по физике 1906 года.) В отличие от пылевого рассеяния, рассеяние Томсона дает гораздо более слабую поляризацию. И это предсказание было подтверждено измерениями DASI. Результаты DASI вскоре были подкреплены и другими экспериментами, включая эксперимент CAPMAP, проведенный группой из Принстона во главе с Сьюзан Стаггс, и обновленную версию эксперимента BOOMERanG под названием B2K.

Измерение поляризации космического микроволнового излучения нанесло решающий удар по стационарной модели, чего не смогли сделать ни Хаббл, ни Пензиас и Уилсон, ни сам Хойл, обнаруживший избыточное содержание гелия в космосе. Но ничто не могло переубедить последнего из оставшихся в живых создателей квазистационарной модели — Джеффа Бербиджа. Он продолжал превозносить достоинства своей теории даже в 2009 году в статье «Факты и гипотезы в космологии», написанной в соавторстве с бывшим аспирантом Хойла Джайантом Нарликаром, где ни словом не упоминалось про результаты DASI {27} . Как бы то ни было, после первых измерений поляризации реликта модель квазистационарной Вселенной сама достигла конечного стационарного состояния: ее смерть была признана официально.

После защиты диссертации новоиспеченный постдок Джон Ковач страстно хотел попасть в группу Эндрю Ланге в Калтехе. Он мечтал работать над проектом BICEP, который только что получил финансирование Национального научного фонда. Ланге обратился ко мне как к одному из руководителей проекта: «Что ты думаешь по поводу Ковача? Будет ли он полезен в нашей лаборатории?» «Разумеется, он нам нужен», — ответил я. Его диссертация была превосходна; к тому же он имел опыт работы в Антарктиде, где на протяжении года почти единолично руководил экспериментом DASI. С Ковачем на борту перед командой BICEP открывались новые горизонты.

В январе 2010 года в возрасте 84 лет скончался Джефф Бербидж. Через год мне предложили занять его бывший кабинет в Калифорнийском университете в Сан-Диего. Трепетно упаковывая оставшиеся после него бумаги, я в полной мере осознал тот титанический вклад, который внес этот человек в астрономическую науку. Он был автором более 400 статей, в том числе в таких важнейших областях, как природа самых мощных галактик, образование элементов и вращение спиральных галактик (опираясь на работы Бербиджа в этой области, Вера Рубин впоследствии открыла темную материю).