Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый

Пензиас позвонил Роберту Дикке. Профессор задал несколько вопросов и назначил встречу. Через несколько дней, в конце марта 1965 года, Дикке, Ролл и Вилкинсон приехали к Пензиасу и Вильсону. Когда Дикке узнал, что измеренная температура радиошума равна 3 градусам Кельвина, он повернулся к своей команде и сказал: «Они получили то, что надо!»

Ученые из лаборатории «Белл» и астрономы из Принстона опубликовали свои работы в одном журнале. Статья Пензиаса и Вильсона рассказывала об обнаружении постоянного радиошума в космосе. В сопутствующей статье Роберт Дикке с соавторами (среди них Д. Вилкинсон, в честь которого назовут спутник WMAP, запущенный в 2001 году, и Дж. Пиблс, будущий нобелевский лауреат 2019 года) правильно интерпретируют наблюдения Пензиаса — Вильсона в рамках модели замкнутой и цикличной Вселенной. Группа Дикке полагала, что такая модель решает проблему барионной асимметрии (отсутствие антиматерии): «мы приходим к выводу, что условие сохранения барионов достаточно просто выполнить, если Вселенная замкнута и колеблется».

В статье описывалась циклическая переработка тяжелых атомных ядер: «Предполагая осциллирующую космологию без сингулярностей, мы полагаем, что температура должна быть достаточно высокой, чтобы разложить тяжелые элементы из предыдущего цикла... В этой картине необходимо предположить, что в момент максимального коллапса температура Вселенной превысит 10¹⁰ градусов Кельвина, чтобы пепел предыдущего цикла переработался обратно в водород, необходимый для звезд в следующем цикле».

В статье Дикке — Пиблса — Ролла — Вилкинсона более ранние работы группы Гамова упоминались одной строкой как пример исследований в области нуклеосинтеза — без пояснений, что именно эта группа еще 17 лет назад получила правильные теоретические оценки реликтового излучения. Впоследствии Пиблс клялся, что ни он, ни Дикке не видели работ Гамова. Но предыдущая статья Пиблса о реликтовом излучении была отвергнута журналом на основании того, что 90 % ее результатов получены ранее — в группе Гамова, Альфера и Хермана. Рецензент (которым был, видимо, сам Альфер) даже прислал Пиблсу список работ группы. Позже Альфер с горечью сказал: «Джим Пиблс знал о наших работах, если он не беспробудно туп!»

Пренебрежение результатами группы Гамова привело к тому, что в 1978 году Нобелевскую премию за открытие реликтового излучения получили наблюдатели Пензиас и Вильсон, но не получили теоретики Альфер и Херман, предсказавшие это излучение (Гамов к тому времени уже умер). Пензиас, отправляясь за Нобелевской премией, пригласил Альфера к себе домой, чтобы он помог ему с нобелевской речью. После этого визита расстроенный Альфер слег с сердечным приступом. Порадуемся же тому, что Гамов, хотя и не смог получить Нобелевскую премию, но все-таки успел испытать восторг от открытия Пензиаса — Вильсона, которое подтверждало его давнее предсказание о реликтовом излучении Улема.

Последующие наблюдения реликтового излучения доказали идею Большого взрыва. В 1972 году в книге «Cosmology, Fusion & Other Matters», посвященной памяти Г. Гамова, нобелевский лауреат Арно Пензиас констатировал: «Картина Вселенной, которую смогли получить радиоастрономы, далека от полной и отличается в деталях, но она поразительно хорошо согласуется с картиной, нарисованной Георгием Гамовым (1949) четверть века назад». Эдвард Теллер в этой же книге отметил: «Джордж Гамов, Джо для своих друзей, был физиком с превосходным вкусом».

Важным этапом в развитии концепции Большого взрыва стал 1992 год, когда группа ученых во главе с Джоном Мазером из Годдардского центра космических полетов НАСА с помощью спутника COBE осуществила сканирование всего неба в нескольких десятках длин волн. Ученые группы COBE доказали, что реликтовое излучение с огромной точностью является тепловым и чернотельным. При этом они обнаружили, что флуктуации реликтового излучения составляют примерно одну стотысячную от свечения фона. Примерно в это же время группа российского спутника «Реликт» оценила из наблюдений неоднородность реликтового фона, работая с одной длиной волны. Тем самым был определен уровень анизотропии реликтового излучения, что накладывало важные ограничения на космологические модели. Джон Мазер и Джордж Смут получили Нобелевскую премию 2006 года за доказательство чернотельности реликтового излучения и изучение его анизотропии.

Р. А. Сюняев и Я. Б. Зельдович в 1969 году предсказали эффект изменения температуры реликтового излучения при его рассеянии на электронах межзвездного газа. Сейчас эффект Сюняева — Зельдовича широко используется для измерения расстояний до скоплений галактик.

Таким образом, в 1965 году, после открытия реликтового излучения — так назвал первичное космологическое излучение известный советский астрофизик Иосиф Шкловский (1916–1985), — концепция горячей Вселенной и Большого взрыва была подтверждена и приобрела широкую популярность. С этого момента теоретики фокусировались на развитии модели Большого взрыва, а в истории космологии наступила новая эпоха.

После 1965 года космология горячей Вселенной, расширяющейся после Большого взрыва, вступила в фазу интенсивного развития. Ученым предстояло решить ряд очень сложных проблем: найти причину Большого взрыва, а также спасти мир от гравитационной сингулярности, которая долгое время маячила перед физиками, но перед космологами встала во весь рост своей неотвратимостью.

Если в формуле Ньютона для силы притяжения на поверхности гравитирующего шара (например, Земли) уменьшить радиус шара до нуля при постоянной массе, то сила тяготения устремится к бесконечности. Физики назвали эту нулевую точку сингулярностью, от латинского singularis — «отдельный, особый». Возле сингулярности гравитационная сила должна абсолютно доминировать над всеми остальными физическими силами: ядерными, электромагнитными и т. д. Эта теоретическая возможность кажется малореальной. Кто из нас, сидя на стуле, боится провалиться к центру Земли? От такого падения нас удерживают силы упругости стула, фундамента здания и самой земной коры.

Природа многообразно балансирует. Даже в жидком огненном Солнце, возле которого многие миллиарды лет греется наша планета, существует точный баланс между гравитацией и суммарным давлением плазмы и излучения: гравитация стремится притянуть вещество к центру Солнца, а давление не позволяет этого сделать и выталкивает вещество наружу. Так корабль плывет по тонкой пленке баланса между гравитацией, которая хочет его утопить, и выталкивающей спасительной силой Архимеда.

Но любое равновесие меняется со временем и может быть разрушено.