нка Альфера и Германа оказалась почти в два раза выше, чем могла быть максимальная температура фона Вселенной согласно измерениям, сделанным в 1941 году{8}.
Хуже того, через год они опубликовали другой прогноз, повысив космическую температуру с 5 до 28 кельвинов{9}. Такая игра с цифрами никак не способствовала доверию к их модели{10}. Напротив, модель Хойла не имела теплового фона, не говоря уже о микроволновом свечении, которое не соответствовало наблюдаемым данным и менялось с каждой последующей публикацией.
Но Хойл не просто опровергал модель Большого взрыва. Он предложил собственную альтернативную гипотезу о том, как могли сформироваться все химические элементы, не только первые три. Хойл был уверен, что все они образовались внутри звезд. Это была критическая проблема, которую модель Большого взрыва так и не сумела разрешить. Напомним: чтобы объяснить происхождение всех элементов, необходимо объяснить не только процесс их образования, но и то, откуда берутся новые ядра. Хойл поместил источник генерации новых ядер в самое логичное место в космосе — в звезды. И вскоре он продемонстрировал, каким образом звезды могут производить самый важный элемент для жизни во Вселенной — углерод.
В 1954 году Хойл показал, что для образования углерода должно было произойти чудо{11}. Конечно, он не называл это именно так. Но, учитывая тот факт, что все мы состоим из углерода и нигде во Вселенной не обнаружены ядра с такими атомными массами, из которых мог бы образоваться углерод, Хойл пришел к выводу, что внутри звезд должно существовать особое состояние материи, которое каким-то образом катализирует преобразование гелия в углерод. Это особое каталитическое состояние, которое он назвал «резонансом», теперь известно как состояние Хойла (рис. 15). Не будь состояния Хойла, некому было бы сейчас читать эту книгу.
Три года спустя группа исследователей из Калтеха, возглавляемая Вилли Фаулером, обнаружила и подтвердила этот физический процесс{12}. Хойл оказался прав: углерод может создаваться только внутри звезд. Чудеса бывают.
Успех ободрил Хойла. Он не просто опроверг теорию Большого взрыва, не просто забил шестой и, вероятно, последний гвоздь в крышку ее гроба. Он выдвинул смелое предположение, которое могло оказаться ошибочным, однако этого не случилось.
В 1957 году Хойл начал проект, который впоследствии привел к Нобелевской премии, хотя и не для него. Работая вместе с Вилли Фаулером и Джеффом и Маргарет Бербидж, Хойл придумал комплексную модель образования всех элементов внутри звезд — звездного нуклеосинтеза в противоположность нуклеосинтезу Большого взрыва, которая оказалась умопомрачительно сложной, но удивительно эффективной. В своей эпохальной статье, опубликованной в 1957 году и известной как статья ББФХ по инициалам ее авторов, квартет изложил общую теорию термоядерного синтеза, который может протекать внутри различных типов звезд и приводить к образованию всех известных элементов. Важнейшая часть работы легла на хрупкие женские плечи Маргарет Бербидж, единственного астронома в команде, которая собрала наблюдаемые данные для подтверждения теоретической модели и навечно поместила квартет ББФХ в Зал научной славы (попутно обеспечив нобелевское золото Фаулеру).
Между тем Гамов и его бывший аспирант Альфер не оставляли попыток найти свидетельства Большого взрыва. На самом деле потребовались годы наблюдений, чтобы достичь изощренности конкурирующей модели стационарной Вселенной или убедительности доказательств чуда Хойла. Хойл был беспощаден. В окончательном варианте статьи ББФХ он заявил, что формирование легких элементов в альтернативной модели Большого взрыва требует «состояния Вселенной, никаких доказательств которого у нас нет». Напротив, звездный нуклеосинтез был обычным процессом во Вселенной, который подтверждался более чем 100 млрд примеров в одной только нашей Галактике.
Еще больше трещин в модели Большого взрыва
В статье ББФХ утверждалось, что все химические элементы могут образовываться в звездах, если они обладают достаточной массой. Гамов же, применительно к Большому взрыву, настаивал, что ядра сформировались задолго до рождения каких бы то ни было звезд, не говоря уже о массивных{13}. Более того, Гамов считал, что большие звезды умирают молодыми, поэтому у них просто недостаточно времени, чтобы произвести тяжелые элементы. Но в 1958 году астрофизик Эдвин Солпитер доказал, что, несмотря на короткий срок жизни, массивные звезды могут производить тяжелые элементы, и на самом деле многие из них именно это и делают. Модель стационарной Вселенной выдержала очередную проверку, а модель Большого взрыва получила еще одну трещину. Если последняя не способна объяснить формирование тяжелых элементов, как можно доверять тому, что она говорит о легких элементах?
Наконец, последний вопрос, вызывавший жаркие споры между сторонниками конкурирующих теорий космогенеза, имел отношение не столько к науке, сколько к религии. Креационистские обертоны теории Большого взрыва отталкивали многих ученых-атеистов. По словам Хойла, это был наихудший пример ненаучного заблуждения: «Большой взрыв может нравиться только тем ученым, чей разум затуманен Книгой Бытия». Напротив, модель стационарного состояния Вселенной была законным наследником коперниканского принципа, присовокупляя к заурядности человечества в пространстве его заурядность во времени. Благодаря Хойлу человечество познало истинное смирение. Вряд ли ставки были выше со времен первых Великих дебатов, когда Галилей противостоял самой Церкви.
Какое-то время казалось, что Большой взрыв обречен обернуться горой астрономического пепла. Но в 1964 году случилось неожиданное: подобно супертяжеловесу, сбитому с ног в финальном раунде, модель стационарной Вселенной получила два сокрушительных удара.
Первый удар исходил от самих авторов модели. В опубликованной осенью 1964 года статье «Загадка космического изобилия гелия» Фред Хойл и его коллега Роджер Тайлер объявили об удивительном открытии{14}. Изучив множество астрофизических источников, от Солнца до туманности Ориона, они обнаружили, что в космосе слишком много гелия — намного больше, чем могло образоваться исключительно внутри звезд. Хотя Хойл, Фаулер и Бербиджи в 1957 году показали, что звезды способны создавать все известные элементы и их изотопы, существовала одна проблема: звезды не могли производить достаточное количество второго по важности строительного материала — гелия. Звезды были подобны кустарным мастерским, неспособным масштабироваться до массового производства.
Хойл, который прежде заявлял, что у конкурирующей модели Гамова и Альфера «нет никаких доказательств», сам нашел пусть и косвенное, но все же свидетельство в ее пользу. В статье 1964 года он делал вывод, что «Вселенная либо имела сингулярное происхождение, либо имеет колебательную природу». Это заключительное утверждение поставило модель стационарного состояния на край пропасти: «сингулярное происхождение» по сути было эвфемизмом «Большого взрыва».
20 мая 1964 года новый тип телескопа, исследовавший небо над Нью-Джерси, вынес окончательный приговор модели стационарной Вселенной. Если зрительная труба Галилея в свое время подтвердила принцип Коперника, то этот телескоп нанес ему смертельный удар.
Коммуникационные сбои
В то время как 1960-е годы стали периодом серьезных потрясений для американского общества, для физики они были поистине золотым веком. Как ни парадоксально, от холодной войны между США и СССР научный мир получал щедрые дивиденды. Запуск Советским Союзом первого искусственного спутника на орбиту Земли заставил правительство США вливать деньги в любые проекты, дающие хотя бы малейшую надежду на потенциальное военное превосходство. Тогда же наступила новая эра в финансировании науки в частном секторе, а такие компании, как Kodak, Bell Labs и IBM, начали играть роль современных Медичи.
В Bell Labs — в те времена это было исследовательское подразделение телекоммуникационного конгломерата AT&T — построили огромную радиоантенну особой конструкции в виде рупора диаметром 6 м. Предназначалась она не для радиоастрономии, а для межконтинентальной связи и вместе с гигантским воздушным шаром с металлизированной оболочкой должна была использоваться в проекте НАСА с говорящим названием «Эхо». Идея проекта была проста: посылать из лаборатории реактивного движения в Пасадене, Калифорния, радиоволны, чтобы, отражаясь от наполненного гелием воздушного шара, находящегося на большой высоте, они возвращались на антенну Bell Labs. Успех проекта «Эхо» оказался под вопросом, так как интенсивность радиоволн стремительно снижалась с расстоянием, что существенно затрудняло прием трансконтинентальных радиосигналов.
Технические проблемы программы были существенны, а запуск советского спутника и вовсе свел ее на нет{15}. Американское правительство опасалось, что Соединенные Штаты могут проиграть не только космическую, но и телекоммуникационную гонку. Размещение передатчика в космосе позволяло решить многие из проблем, связанных с воздушными шарами. Поскольку передатчик мог усиливать радиоволны, сигналы, передаваемые им обратно на Землю, были намного сильнее. И находивший в космосе спутник становился видимым на принципиально бо́льших расстояниях. Ответом США Советскому Союзу стал первый активный спутник связи Telstar. Антенна Bell Labs с ее сверхчувствительной детекторной системой осталась не у дел, но, к счастью, ей нашли другое применение. Два радиоастронома, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, быстро перековали телекоммуникационные мечи на космологические орала. Массивную рупорную антенну они приспособили под телескоп для астрономических наблюдений, который в скором времени нанес второй смертельный удар по стационарной космологической модели Хойла.