Читать книгу "Гонка за Нобелем - Брайан Китинг"

Если модель стационарного состояния «начиналась» без какого-либо начала вообще, с постулата, что Вселенная вечна и непрерывно рождает материю и антиматерию в соотношении, необходимом, чтобы сохранить всю схему Понци[20], то новая Вселенная Хойла и Бербиджа была циклической, заново рождающейся после каждого цикла. Хотя такое состояние нельзя было назвать действительно стационарным, циклы были чрезвычайно длинными: 500 млрд лет плюс-минус несколько миллиардов. Благодаря таким непостижимо огромным временны́м рамкам — в 100 раз больше возраста Солнца — эта модель сохраняла лучшие свойства модели стационарного состояния, например механизм звездного нуклеосинтеза, объяснявший образование тяжелых элементов во Вселенной, тогда как именно этого особенно не хватало модели Большого взрыва{4}.

Три степени разделения

Хойл и Бербидж рассчитали, что «энергия, высвобождаемая в ходе синтеза космического гелия из водорода, почти точно совпадает с энергией, содержащейся в космическом микроволновом фоновом излучении»{5}. Однако то, что они могли объяснить точное количество энергии, возникающей в процессе нуклеосинтеза, еще не означало, что они могли объяснить, почему реликтовое излучение имело именно ту температуру, которую называли Пензиас и Уилсон. Почему именно 2,7 кельвина?{6} Хойл задал этот вопрос сторонникам модели Большого взрыва и не получил ответа. Хойл объяснил, что их предпочтение теории Большого взрыва, как это часто бывает, результат склонности к подтверждению своей точки зрения. Они поступают как студенты, которые в погоне за хорошей оценкой подгоняют расчеты под правильный ответ. «Если бы измерения показали температуру 27 кельвинов вместо 2,7 кельвина, — написал он, — тогда их модель объяснила бы 27 кельвинов. Или 0,27 кельвина. Или любую другую величину»{7}. Температура 2,7 кельвина не была предсказанием, вытекающим из модели Большого взрыва, но свободным параметром, который требовал дополнительных наблюдений.

Хойл рассматривал реликтовое излучение как возможность, а не как вызов. Он был уверен, что, в отличие от модели Большого взрыва, его модель позволит предсказать температуру космического фона в 2,7 кельвина исходя из основных принципов. Чтобы это сделать, он и его коллеги обратились за помощью к самой скромной субстанции во Вселенной — к пыли.

Мы приходим в вечном вращении из небытия, рассеивая свет звезд как пыль.

Руми

Как гласит поговорка, если все, что у вас есть, — молоток, вы повсюду будете видеть гвозди. Гвоздями Хойла были звезды. Он понимал их, как никто другой. Чтобы возродить свою обновленную модель стационарного состояния буквально из пепла и таким образом продолжить четвертый раунд Великих дебатов, Хойл использовал обнаруженное им и Бербиджем совпадение: что создаваемая звездами энергия равна энергии черного тела с температурой 2,7 кельвина. Проблема была в том, что, как это хорошо видно на примере Солнца, звездный свет не находится в микроволновой части электромагнитного спектра. Звезды излучают преимущественно видимый свет. Поэтому Хойлу и Бербиджу нужно было каким-то образом преобразовать видимый свет звезд в микроволновое излучение, чтобы объяснить сделанное Пензиасом и Уилсоном открытие.

Хойл постулировал, что космическое микроволновое фоновое излучение не реликт Большого взрыва, а результат трансформации обычного видимого звездного света при взаимодействии с космической пылью. Пыль, рассевающая звездный свет в небытии космоса, как писал Руми.

К 1960-м годам уже было известно, что, поскольку пыль рассеивает свет коротковолнового диапазона (например, синий) гораздо сильнее, чем длинноволновый свет (такой как красный), попадающий на телескопы свет выглядит намного краснее, чем в момент излучения{8}. Вы можете наблюдать это явление на закате, когда желтое днем Солнце вдруг начинает пылать алым цветом. Разумеется, дело не в самом Солнце — оно излучает все те же 5500 кельвинов. Вечерний свет кажется таким красным, так как проходит через атмосферу гораздо большее расстояние от горизонта до ваших глаз и по пути сталкивается с бóльшим количеством атмосферной пыли, чем в полдень (рис. 22).

Если солнечный свет краснеет из-за малого количества пыли в земной атмосфере, то свет далеких звезд, путешествующий по пыльному космосу миллиарды лет, должен быть чрезвычайно красным. На самом деле красное смещение должно выйти за пределы видимого спектра в микроволновый диапазон. Разумеется, рассеивание звездного света пылью было намного более простым объяснением реликтового излучения, чем теория Большого взрыва, трактовавшая его как остаточное излучение от огненного шара с бесконечно высокой температурой.

Хойл знал о коварстве космической пыли, которая затуманила взор даже великому Галилею. Он утверждал, что реликтовое излучение — всего лишь очередной пылевой мираж, вселивший надежды в сторонников Большого взрыва. Но сколько пыли в космосе? Из чего она состоит? Как она образовалась? На эти вопросы нужно было дать ответ, иначе модель космологии квазистационарного состояния сама рисковала рассыпаться в пыль.

И снова глотать пыль

Астрономам не надо искать пыль — она сама их находит. Пыль была врагом астрономов задолго до открытия реликтового излучения. Именно пыль, затеняя обширные участки нашей Галактики, заставила Гершеля отвергнуть принцип Коперника, доказанный Галилеем больше века назад. Рассеивая свет далеких звезд, пыль обманула Хаббла, заставив его прийти к выводу, что далекие галактики находятся гораздо дальше, чем они есть на самом деле. Но откуда в космосе пыль?

Этот вопрос мучил астрономов всю первую половину XX века. К 1930-м годам они смогли оценить размер крупиц, вызывающих красное смещение спектра{9}. Эти частицы должны быть больше, чем длина волны красного света (около половины миллионной части метра). Таким образом, исключались отдельные атомы или молекулы, которые были значительно меньше. С другой стороны, это не могли быть и слишком крупные частицы, так как они отражали бы все длины волн звездного света одинаково. Оставалось одно: пыль должна состоять из твердых частиц, сопоставимых по размеру с длиной волны видимого света. Но форма и состав этих частиц по-прежнему оставались загадкой. На что похожа космическая пыль — на песок или на обычную домашнюю пыль, которую вы убираете пылесосом? Или это что-то совсем другое?

Ключ к разгадке состава космической пыли был найден в 1950-х годах, когда астрономы обнаружили, что свет далеких звезд не только смещен в сторону красного диапазона, но и имеет еще одно свойство — поляризацию{10}.