Читать книгу "Гонка за Нобелем - Брайан Китинг"

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.

Закат стационарности

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).

Раньше я считал Джеффа своего рода астрономическим донкихотом, который продолжал сражаться с межзвездными мельницами вопреки здравому смыслу. На самом же деле он был настоящим бойцом, который никогда не сдавался. У лесорубов есть присказка, что размер дерева можно увидеть лишь после того, как оно упало. К сожалению, то же самое нередко можно сказать об ученых и их теориях.

Пыль не могла спасти модель квазистационарной Вселенной. Несколько лет спустя, в 50-ю годовщину открытия реликтового излучения, пыль снова сыграла с космологами злую шутку. Всегда готовая к маскараду и обману, пыль по-прежнему любит заманивать недостаточно добросовестных космологов в ловушку заблуждений. В астрономии побеждают педанты и параноики.

Глава 7. Искра, воспламенившая Большой взрыв

Никто никогда не принимает решения на основании цифр. Людям нужна история.

Даниэль Канеман, лауреат Премии Шведского национального банка по экономическим наукам памяти Альфреда Нобеля 2002 года

Как ни мучительно космологам было это признавать, наиболее правдоподобная теория космогенеза оказалась, по сути, библейской историей о сотворении мира. Первая попытка связать цифры с историей была предпринята в середине 1600-х годов, когда ирландский архиепископ Джеймс Ашшер вычислил, что Бог сотворил мир субботней ночью 22 октября 4004 года до н. э. Вероятно, Ашшер переоценил данные, которыми располагал: первые две главы Библии.

Сегодня астрономы, вооруженные продвинутыми версиями зрительной трубы Галилея, такими как телескоп BICEP2, подобно Ашшеру, пытаются определить, когда и как все началось. Это неудивительно: вопрос собственного происхождения всегда волновал человечество.

Модель Большого взрыва вышла победителем из противостояния с конкурирующими концепциями, но и сама страдала большими изъянами. Она так и не ответила на ряд ключевых вопросов, и прежде всего: что взорвалось? Что привело к возникновению состояния сингулярности с бесконечной температурой и плотностью? Казалось, модель полностью нарушает известный каждому школьнику третий закон Ньютона, гласящий, что каждое действие вызывает равное по силе ответное действие/реакцию. Большой взрыв, казалось, был одной сплошной реакцией, которой не предшествовало никакого равного по силе действия. Короче говоря, все это слишком напоминало первую главу Книги Бытия.

По мере того как телескопы и детекторы становились более чувствительными, астрономы стали узнавать о космосе все более тонкие детали. И при более внимательном рассмотрении модель Большого взрыва начинала трещать по швам. Какое-то время казалось, что она тоже обречена.

Проблема однородности. Несмотря на то что космический микроволновый фон, казалось, был убедительным доказательством существования огненного шара ранней Вселенной, астрономов продолжали мучить сомнения: это было слишком хорошо, чтобы быть правдой. Модель Большого взрыва предполагала, что источником реликтового излучения была плазма — газ из электронов и протонов, слишком горячий для того, чтобы конденсироваться в водород, наполнявший Вселенную в первые 380 000 лет ее существования. Для плазмы характерна непрозрачность — сквозь нее не проходит свет, и она очень однородна. Пензиас и Уилсон обнаружили, что то же самое относится и к реликтовому излучению: «Эта остаточная температура [т. е. температура реликта] в пределах наших наблюдений изотропна, не поляризована и не зависит от времени года»{1}. Ранняя Вселенная была воплощением гомогенности, хотя и удивительно скучной. На протяжении более чем трех десятилетий не обнаружилось чего-то, способного навести на другие предположения.

Но что в этом плохого? В конце концов, модель Большого взрыва предполагала, что реликтовое излучение родилось из плазмы, а плазма повсюду одинакова. Разве однородность реликтового излучения не была еще одним доказательством в пользу этой теории? Не совсем. Идеальная однородность реликта создавала проблему: если Вселенная действительно была идеально однородной, почему тогда возникли звезды, галактики и планеты? Если первичная плазма была океаном единообразия, где ни одно место не отличалось от всех остальных, она должна была навечно остаться в таком состоянии. Ничто не могло вызвать процесс конденсации водорода в звезды где-либо во Вселенной. Что-то должно было нарушить идеальную монотонность ранней Вселенной, иначе нас бы сейчас не было.