Читать книгу "Гонка за Нобелем - Брайан Китинг"

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.

Через тернии в Стокгольм

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.

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.

На волосок от победы

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.