ые 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.
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.
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»