Читать книгу "Карта Вселенной - Приямвада Натараджан"

Вспыхнувшая Вторая мировая война ограничила развитие космологии, поскольку научные ресурсы были перенаправлены на военные нужды, однако в итоге именно она привела к фундаментальным технологическим прорывам, непредсказуемым образом изменившим эту науку. Развитие новых инструментов поменяло саму постановку вопросов. Новые шаги в ядерной физике создали условия для целого ряда расчетов химических элементов, которые были сформированы в ходе первичного космологического взрыва. В 1946 г. американский физик русского происхождения Джордж Гамов[3] рассчитал, как из первичного «бульона», состоящего из частиц, могли появиться различные химические элементы. Предположив первоначальное состояние бесконечно горячего и бесконечно плотного «космического рагу», как прогнозировал Леметр, включающего радиацию и субатомные частицы — электроны, протоны и нейтроны, — Гамов и его соратники в результате расчетов обнаружили большое количество водорода и гелия, которые были сформированы в зарождающейся Вселенной. Они использовали компьютеры, разработанные для расчета атомных бомб. Однако недовольство данной гипотезой первичного космического взрыва росло, и с другой стороны океана возникла новая революционная идея, согласно которой Вселенная могла находиться в стабильном состоянии и при этом не быть статичной. Противников модели Большого взрыва подстегнула неспособность Гамова спрогнозировать формирование иных элементов, помимо водорода и гелия. Сегодня мы знаем, что водород и гелий ответственны за 99 % материи во Вселенной, но существуют и более тяжелые элементы — такие как бериллий, бор и железо. В то время их происхождение оставалось неясным. Ранняя Вселенная и горячий космический взрыв на первый взгляд не могли спровоцировать их возникновение. Именно невозможность объяснить синтез химических веществ привела к созданию Хойлом термина «Большой взрыв» — достаточно уничижительного, так как он предполагал, что «большой взрыв представляет собой иррациональный процесс, который нельзя описать научными терминами… или попробовать изучить, обратившись к наблюдениям»{28}.

Согласно легенде, идея вечной и стационарной Вселенной озарила трех кембриджских друзей — Хойла, Бонди и Голда — в 1947 г. после просмотра фильма ужасов с закольцованным сюжетом, который заканчивался аналогично началу. Дружба ученых зародилась еще в период их совместной работы на радиолокационной станции во время Второй мировой войны. Они представляли собой авторитетное трио: Хойл имел разностороннее мышление и необычайную интуицию, Бонди был хорошим математиком, а Голд — изобретательным ученым с богатым воображением. Хойл вспоминал: «Неизменяющиеся обстоятельства чаще всего рассматриваются как непременно статичные. И фильм ужасов сделал для нас троих ровно следующее — уничтожил это ложное представление. Могут быть неизменяющиеся обстоятельства, которые имеют динамику, например медленно текущая река». Все это заставило их задуматься, может ли Вселенная сохранять один и тот же облик даже при своем постоянном расширении{29}.

Такое было возможно только в одном случае — если бы постоянно происходило создание новой материи. Тогда новые галактики могли бы образовываться и заселять районы, опустевшие после перемещения более старых галактик. В этой новой модели стационарной Вселенной присутствовало расширение, но она позволяла обойтись без идеи некоего начала и конца. Вселенная была бессмертной, если верить модели стационарной Вселенной. Многие космологи, склонные к философскому видению мира, сочли привлекательной модель стационарной Вселенной, предложенную Хойлом, Бонди и Голдом. Во-первых, благодаря постоянному сотворению материи их Вселенная не разрежалась, несмотря на расширение. Во-вторых, данная модель обходила стороной проблемный вопрос происхождения. Помимо неспособности описать происхождение элементов тяжелее гелия модель Большого взрыва давала такой возраст Вселенной, который сильно уступал известному возрасту Солнечной системы. В то время это были очевидные дыры, зиявшие в теории Большого взрыва.

Таким образом, гипотеза, которая предполагала однородность космоса во времени и пространстве, способствовала популярности модели стационарной Вселенной. В эти споры вмешивались и религиозные умы. В 1952 г. папа Пий XII поддержал космологическую теорию Большого взрыва, так как она была созвучна идее Создателя — одному из церковных постулатов. Теория стационарной Вселенной, не имеющая временных привязок, без начала и конца, рассматривалась как олицетворение атеистического взгляда на мир. Не все сторонники модели стационарной Вселенной были атеистами — Уильям Хантер Маккри, ведущий ее представитель, являлся убежденным англиканцем. Однако в общем и целом отсутствие необходимости в начальной точке снизило потребность в Творце с соответствующим намерением, что отвечало атеистическим представлениям о мировом порядке.

Астрономы в Соединенных Штатах также сочли убедительной модель стационарной Вселенной, тем не менее они не рассматривали данный вопрос как окончательно решенный. Ученые полагали, что утверждения двух конкурирующих теорий должны быть подтверждены с помощью проверочных наблюдений, и никак иначе. Ключевые выводы в поддержку теории Большого взрыва, в итоге разбившие в пух и прах модель стационарной Вселенной, в первую очередь обязаны своим появлением реликтовому излучению и определению возраста Вселенной, которая оказалась значительно более древней, чем Солнечная система, и более глубокому пониманию ядерного синтеза — формированию химических элементов, позволившему увидеть, как химические элементы тяжелее гелия синтезировались в ядре звезд, а не на начальных стадиях зарождения Вселенной. Конечно, были поползновения — в основном со стороны Хойла — возродить стационарную модель, но все они в итоге оказывались неудачными при попытке объяснить возрастающее количество наблюдений. Открытие в 1965 г. реликтового излучения, оставшегося от Большого взрыва — «эха первичного шума», производимого горячей и плотной плазмой в начале Вселенной, — стало последним похоронным аккордом для стационарной модели. Споры между сторонниками двух моделей яростно кипели еще примерно два десятилетия, но с течением времени стационарная теория попросту перестала объяснять данные, поступающие в ходе наблюдений с помощью оборудования, которое работало с разными волнами — оптическими, радиоволнами и микроволновым излучением. В своей книге «Космология и противоречия» историк Хельге Краг фиксирует схожие черты и различия между моделями и дает подробный отчет о том, чем закончилось в итоге это соперничество{30}.

Кроме того, прогресс в сфере вычислительных машин, которому способствовало изобретение во время Второй мировой войны в рамках Манхэттенского проекта сложных и быстрых компьютеров, предоставил новые технические возможности для теоретических вычислений. Стало возможным посчитать сложные химические взаимодействия и скорость реакций, что было необходимо для получения данных о распространении элементов и эволюции звезд. Все это передовое оборудование позволило составлять новые прогнозы и отправило в утиль стационарную модель. Хотя важнейшими данными, подтвердившими теорию Большого взрыва, стало открытие всепроникающего реликтового излучения, которое мы будем обсуждать в главе 5.