Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый
Академик А. Д. Сахаров писал про свои работы 60-х годов: «Я исходил тогда, вслед за Зельдовичем и многими другими авторами того времени, из так называемой „Холодной модели Вселенной“, согласно которой начальная температура сверхплотного вещества предполагалась равной нулю (предполагалось, что вещество нагревается потом за счет тех или иных процессов, включая ядерные реакции)» («Научные труды», 1995).
Нетрудно заметить, что холодная модель Вселенной является аналогом термоядерной бомбы, которая при взрыве переходит из плотного холодного состояния в разреженное и горячее. Фактически это было развитие модели «протоатома» Леметра, только, в духе тогдашнего военного прогресса, со сменой вселенской «боеголовки» с атомной бомбы на более мощный термоядерный заряд.
Модель изначально холодной Вселенной, нагреваемой термоядерным взрывом, была заметно дальше от реальности, чем модель Канта возрастом более 200 лет, в которой Вселенная разогревалась при сильном сжатии. Зато модель Гамова хорошо согласовывалась с взглядами Канта, представляя собой более детальную модель Вселенной-феникса.
Споры космологов закончились в 1965 году с открытием реликтового излучения Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном, полностью подтвердившим модель горячей Вселенной и «наивную» теорию Гамова — Альфера — Хермана.
2.6. Реликтовое эхо Большого взрыва (1965)
Мы приходим к представлению, что Вселенная была порождена в некой катастрофе и, вероятно, к катастрофе же стремится. Если скорость расширения Вселенной достаточно сильно замедляется, это расширение в один прекрасный день прекратится и сменится сжатием. Результатом его может быть катастрофа, при которой галактики начнут сталкиваться друг с другом, и конец Вселенной окажется тогда подобным ее началу, который нас сегодня в основном интересует.
Гамов, Альфер и Херман заслуживают колоссального уважения помимо всего прочего за то, что они серьезно захотели воспринять раннюю Вселенную и исследовали то, что должны сказать известные физические законы о первых трех минутах.
В своей книге 1933 года «Расширяющаяся Вселенная» Эддингтон, комментируя данные Милликена о космических лучах, приходящих изотропно от всех участков неба, первый употребил термин «реликтовый», отмечая древность такого изотропного излучения: «Я предполагаю, что это не свежий труп, а очень древняя мумия». «Если я прав, космическое излучение — это музей, собрание реликвий далекой древности. Эти реликты проштампованы надписью, указывающей размеры мира в его ранние века».
В 1941 году канадский астроном Э. Маккеллар в спектре молекул межзвездного циана обнаружил линии поглощения, которые соответствовали температуре среды в 2,3 градуса Кельвина. Это явление осталось необъясненным.
В 1955 году Т. А. Шмаонов из Пулковской обсерватории провел изучение радиоизлучения неба на длине волны 32 см и открыл изотропный фоновый шум с температурой 4 3 градуса Кельвина. Ценность этого результата была не понята.
Советские астрономы А. П. Дорошкевич и И. Д. Новиков в 1964 году рассчитали, насколько интенсивность гипотетического реликтового излучения должна превышать в сантиметровом диапазоне интенсивность излучения обычных радиоисточников. Этот расчет показал возможность экспериментального обнаружения реликтового излучения (см.: Новиков И. Д. «Эволюция Вселенной», 1983).
Роберт Дикке (1916–1997), известный профессор Принстонского университета, придерживался модели осциллирующей Вселенной и рассматривал существующее расширение как фазу, последовавшую за предшествовавшим сжатием: «...я боюсь говорить о „рождении“ Вселенной, ибо полагаю, что Вселенная не была „рождена“, а скорее эволюционировала из прежней коллапсированной фазы... Можно полагать, что во время коллапса Вселенной энергия электромагнитного поля и нейтринного излучения чрезвычайно возрастает аналогично излучению при адиабатическом сжатии, пока, наконец, не достигается тепловое равновесие при температуре свыше 1010 К. Неизвестным в настоящее время образом этот коллапс может быть обратим, то есть Вселенная расширяется от этого очень горячего состояния». («Gravitational Theory and Observation». Physics Today, 1967; перевод взят из «Эйнштейновского сборника» 1969–1970.)
Дикке понимал, что излучение горячей начальной Вселенной может до сих пор существовать в космосе. Летом 1964 года Дикке и Джим Пиблс пришли к выводу, что это остаточное излучение можно зарегистрировать приборами. Вместе с П. Роллом и Д. Вилкинсоном они стали готовить эксперимент для обнаружения этого первичного космологического излучения. Но ученые Принстона опоздали.
В 1963 году физик Арно Пензиас предложил руководству лаборатории «Белл» модифицировать для радиоастрономических наблюдений антенну-рупор, которая была построена для экспериментов в области спутниковой связи, и получил согласие. К Пензиасу присоединился физик Роберт Вильсон, и они стали превращать спутниковую антенну в сверхчувствительный инструмент для радиоастрономии.
С самого начала Пензиас и Вильсон знали про существующий дефект антенны — она «шумела». Инженеры, которые прежде работали с антенной и ловили сигналы спутников, не смогли избавиться от непонятного радиошума. Радиоастрономам Пензиасу и Вильсону эти помехи тоже мешали. Весь 1964 год ученые безуспешно пробовали самые разные варианты избавления от шума, включая изгнание голубей и очистку антенны от голубиного помета, который Пензиас и Вильсон в будущей научной статье деликатно назвали «белым диэлектрическим веществом». Упрямые голуби, выселенные и увезенные подальше от антенны, упорно возвращались на привычное место. Но ничего не помогало — даже вычищенная рупорная антенна регистрировала во всех участках неба шум, который соответствовал радиоизлучению черного тела с температурой в 3,5 градуса Кельвина.
Макс Планк (1858–1947), изучая по просьбе промышленников эффективность свечения электрических ламп, вывел универсальную формулу излучения тела как функцию его температуры. Эта формула задавала вид спектра тела, то есть зависимость интенсивности его свечения от длины волны. Планковский спектр описывался плавной кривой с одним «горбом», который достигал максимума на определенной длине волны. Из формулы Планка следовало, что при нагреве тела максимум спектра смещается в сторону коротких волн. Поэтому рост температуры сдвигал спектр и цвет звезд от красных карликов к желтым светилам (как наше Солнце) и голубым сверхгигантам. Спектр остывающего тела смещался от инфракрасного излучения в радиодиапазон. Радиоизлучение с температурой в 3,5 градуса Кельвина соответствовало излучению черного тела с температурой минус 270 градусов Цельсия, что близко к температуре колбы с жидким гелием. Таким образом, Пензиас и Вильсон получили странный результат — их антенна шумела так, словно вся Вселенная была заполнена очень холодным веществом, и этот шум был изотропным — он не зависел от направления антенны и шел отовсюду, из любой точки на небе.
В начале 1965 года Пензиас узнал от