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

Еще одним препятствием для полного признания справедливости модели горячей Вселенной стали проблемы оценки возраста Вселенной. Астрономы оценивали его, сопоставляя скорость расширения Вселенной с ее наблюдаемыми размерами. Измеряя скорость расширения по Хабблу, они оценивали ее возраст в 2 млрд лет, в то время как геологи уже давно обнаруживали на Земле породы на несколько миллиардов лет старше. Это создавало головоломку. Модель горячего Большого взрыва казалась неполным, если не неадекватным, описанием Вселенной. Кроме того, в теории оставался неясным и весьма каверзный вопрос о начале Вселенной, то есть о том, каким образом и почему смогли возникнуть необходимые для взрыва начальные условия.

В конце 1940-х гг. и начале 1950-х гг. с теорией горячего взрыва стала соперничать разработанная в Кембридже тремя известными учеными (Герман Бонди, Томас Голд и Фред Хойл) модель устойчивого состояния Вселенной. Она обладала некоторой философской привлекательностью. Модель содержала концепцию вечной Вселенной. Это позволяло ее сторонникам избегать обсуждения неудобных вопросов о начале Вселенной и о том, что происходило до Большого взрыва. Предсказанное Альфером и Германом чернотельное реликтовое излучение было несовместимо с положениями стационарной космологии, что также стало одной из причин того, что это излучение было забыто примерно до 1965 г.

Одним из значительных факторов потери важной идеи был общий интеллектуальный климат эпохи. Мысль об исходном взрыве, приводящем к возникновению расширяющейся Вселенной, еще просто не воспринималась в качестве серьезного научного утверждения, а к космологии вообще многие относились скептически. Это отношение объяснялось тем, что космология (в отличие от других разделов физики) не позволяла осуществлять контролируемые эксперименты, а все измерения в космических масштабах страдали от непредсказуемых ошибок. Поэтому космология не казалась научной общественности традиционной наукой. Интеллектуальное пространство космологии довольно быстро стало изменяться, причем именно случайное обнаружение реликтового излучения сильно ускорило этот процесс. И наконец, нам следует помнить, что любой идее (особенно радикальной) для созревания требуется какое-то время, чтобы сложились благоприятные условия, после чего она может быть легче воспринята научной общественностью, если данная идея верна {10} .

Как будет рассказано ниже, это выдающееся открытие, значительно расширившее наши знания о ранней Вселенной, смогло осуществиться только благодаря счастливой случайности, причем связанной с совершенно иной областью науки. У физиков есть шутливая поговорка о том, что шум, издаваемый одним человеком, представляет собой сигнал для другого. Смысл фразы в том, что какой-то нюанс в ответе на научный вопрос может оказаться исключительно важным и неожиданным ответом на совершенно другой вопрос. В нашем случае это буквально соответствует ходу событий, поскольку первое зарегистрированное измерение реликтового излучения было сделано двумя физиками, которые вообще не занимались этой проблемой.

В 1964 г. два талантливых физика, Арно Пензиас и Роберт Вильсон, занимались настройкой рупорной антенны в местечке Крофорд-Хилл (Холмдел, штат Нью-Джерси). Физик-экспериментатор Пензиас закончил докторантуру в Колумбийском университете и уже три года работал в Bell Labs — амбициозный и проницательный ученый, легко схватывающий общую картину любой проблемы, с которой ему приходилось сталкиваться. Вильсону было 27 лет, он только что получил докторскую степень в Калтехе по теории стационарного состояния и только что присоединился к Bell Labs. Этот старательный, аккуратный, вдохновляющий и внимательный человек, с репутацией классного специалиста по аппаратуре, тщательно следил за детальным ходом исследований. В работе над докторской диссертацией Вильсон занимался картографированием Млечного Пути, используя радиоизлучение на длинных волнах. Он слабо представлял себе, с чем ему придется столкнуться при составлении полной карты космоса.

Пензиас и Вильсон использовали антенну в Крофорд-Хилл в качестве телескопа, изучая на небе источники излучения не в оптическом диапазоне, а в области радиоволн. Радиочастотное излучение представляет собой часть всего спектра электромагнитных волн (куда входит и область видимого света) с длинами волн от нескольких миллиметров до примерно десяти метров. Такие волны могут проникать в земную атмосферу и распространяться в ней без отражения и затухания. Радиоволны были открыты Генрихом Герцем еще в 1887 г., а в 1930-х гг. Карлу Янски удалось первым зарегистрировать радиоизлучение, приходящее из центра нашей Галактики при помощи длинной антенны, построенной им в Холмделе (штат Нью-Джерси). Астрономическое научное сообщество до этого пользовалось лишь оптической аппаратурой — линзами и спектрографом — и поэтому не оценило сразу новое окно во Вселенную. Однако после Второй мировой войны, когда был изобретен радар (слово «радар» представляет собой акроним английского выражения radio detection and ranging — «радиообнаружение и измерение дальности»), большое число физиков и инженеров, которые разрабатывали оборудование и обучали им пользоваться, увидели возможности нового инструмента для исследований в астрономии. Это подогрело интерес к поиску большего числа космических радиоисточников.