Страница 3 из 16
Но если все гак просто, то почему всемирно известный британский теоретик Стивен Хокинг сказал, что полученные результаты являются открытием столетия или даже, возможно, и самым грандиозным научным событием за всю историю человечества? Оказывается, благодаря усилиям лауреатов и их коллег космология из описательной науки превратилась в точную отрасль человеческого знания.
В самом деле, лет пятнадцать тому назад даже многие астрономы пренебрежительно называли космологию разделом философии или даже теологии — ведь прямых фактических подтверждении теориям космологов, как правило, не было. Однако с тех пор ситуация кардинально изменилась.
Нобелевская премия свалилась на астрофизиков Джона Мейзера (слева) и Джорджа Смута (справа) практически из космоса.
В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики разлетаются от центра; стало быть, Вселенная — это не стационарный, а эволюционирующий объект. Вычисления Хаббла заложили основу современной теории Большого взрыва. Иначе ее еще называют стандартной моделью. Согласно этой модели, наша Вселенная возникла чуть менее 14 млрд. лет тому назад в результате спонтанного взрыва (его причину еще предстоит отыскать) невообразимо плотной материи, которая была сконцентрирована в точке размером с булавочную головку. Эта точка при взрыве выбросила огромное количество энергии, а также материи, из которой затем и образовались все галактики, звезды, планеты и другие небесные тела. Этот же момент стал и началом отсчета времени, поскольку до него классические законы попросту не действовали.
Своеобразным «эхом» Большого взрыва и является то самое фоновое, или реликтовое, излучение, о котором говорилось выше. Наличие такого излучения теоретически предсказал еще в 1948 году российский ученый Георгий Гамов, уехавший на Запад. Экспериментально оно было обнаружено Арно Пензиасом в 1965 году, за что 13 лет спустя он вместе с коллегой Робертом Вильсоном получил Нобелевскую премию.
В то время речь шла лишь об изотропном, то есть одинаковом во всех направлениях, излучении. Однако теоретики полагали, что после Большого взрыва должна была иметь место и анизотропия, то есть неоднородность, излучения. Только так можно объяснить, почему во Вселенной образовались те сгустки материи, из которых в конце концов сконденсировались все современные небесные тела.
С целью экспериментального подтверждения выводов теоретиков и был затеян эксперимент СОВЕ (Cosmic Background Explorer), в осуществлении которого и приняли самое деятельное участие нынешние лауреаты вместе с тысячами других специалистов разных отраслей.
Началась работа в 1974 году. Однако реализовать проект удалось лишь 15 лет спустя; спутник СОВЕ был запущен 18 ноября 1989 года.
«Затем мы 4 года получали со спутника информацию и накапливали ее массив, — говорит Мейзер. — После этого еще несколько лет анализировали полученную информацию, пока, наконец, смогли предъявить первые результаты»…
Впрочем, задержка с запуском имела и положительный аспект, отмечает лауреат. За это время были значительно усовершенствованы измерительные приборы, что в конечном итоге и привело к победе.
Наиболее важными были две группы приборов. Дифференциальные микроволновые радиометры, настроенные на три разные частоты, были предназначены для обнаружения анизотропии — пространственной неравномерности распределения температуры реликтового излучения. За эту часть оборудования и измерений отвечал Джордж Смут. А вот высокоточное измерение реликтового излучения с помощью спектрофотометра курировал Джон Мейзер. Он же осуществлял общее руководство проектом.
«В итоге мы заглянули в то время, когда Вселенной было 300–400 тысяч лет, — говорит Дж. Смут. — Казалось бы, и это солидный срок. Однако вспомните, общий возраст Вселенной составляет почти 14 млрд. лет. Так что если провести аналогию с возрастом человека, то получается, что исследователи смогли зафиксировать развитие эмбриона на самом начальном этапе его развития.
Но зачем нужен был дорогой проект, обошедшийся в десятки миллионов долларов? Не проще ли (и дешевле) было измерять реликтовое излучение прямо с Земли? Ведь оно, как уже отмечалось, вездесуще…
По словам профессора Мейзера, вести точные наблюдения с Земли очень сложно. Атмосфера поглощает некоторую часть космического излучения, а взамен него генерирует свое собственное. Кроме того, как сказано, существует множество помех чисто земного происхождения. Все это весьма затрудняет наблюдения, так что просто необходимо было выйти в космос.
Проблема затруднялась еще тем, что теоретики не могли предсказать хотя бы порядок величины отклонений, которые предстояло зафиксировать. Сначала речь шла о процентах, затем о десятых долях процента, наконец, о сотых… На самом деле, как оказалось, изменения эти не превышают десятитысячных долей процента. Так что будь приборы чуть грубее, никакого открытия не было бы…
Кроме того, в 1992 году впервые было доказано, что спектр фонового излучения совпадает с излучением так называемого абсолютно черного тела. А этот спектр характерен тем, что распределение энергии излучения зависит исключительно от температуры.
Заодно выяснилось, что на ранних стадиях температура Вселенной составляла около 3000 градусов Цельсия. С тех пор Вселенная остыла. Измеряемая в наши дни величина всего на 2,7 градуса превышает абсолютный нуль.
Так выглядит сегодня анизотропная Вселенная.
Джон Мейзер полагает, что этот факт действительно говорит о том, что излучение является эхом Большого взрыва: «Иначе невозможно объяснить точное соответствие измеренного нами спектра со спектром идеального черного тела».
Правда, некоторые ученые попытались найти и иные объяснения этому факту. Но пока ничего вразумительного предложить не смогли. А если найдут — это, на верное, будет основанием для присуждения очередной Нобелевской премии. Ведь тогда теоретикам придется изобретать и новый вариант образования Вселенной.
Г. МАЛЬЦЕВ, научный обозреватель «ЮТ»
А ГДЕ ЖЕ НАШИ?
Говорят, в списке нобелевских лауреатов могли бы появиться и русские фамилии, если бы не некоторые «но»… Дело в том, что в 1983 году в СССР был запущен спутник «Прогноз-9» (см. рисунок).
Он удалился от Земли на расстояние 700 тыс. км — далеко за орбиту Луны — и там, на просторе, обнаружил первые проявления анизотропии. Полученные данные были обработаны и в январе 1992 года доложены в Астрономическом институте имени Штернберга. Затем статьи об открытии анизотропии, подписанные Игорем Струковым, Дмитрием Скулачевым, Андреем Брюхановым и Михаилом Сажиным, прошли в «Письмах в Астрономический журнал» АН СССР, а также в английском Monthly Notices Royal Astronomical Society, издаваемом Королевским обществом. И только после этого в мае 1992 года статью с подтверждением об открытии анизотропии реликтового излучения опубликовали американцы. Правда, качество их данных оказалось выше, поскольку спутник США был новее. Кроме того, американцы запустили вскоре еще один специализированный спутник W-MAP, получив уточненные данные.
Российские ученые хотели отыграться и опередили американских коллег на шесть лет, запустив весной 1983 года спутник «Прогноз-9». По словам Дмитрия Скулачева, одного из авторов проекта, он начал передавать весьма интересные данные, но в феврале 1984 года упал на Луну и прекратил свое существование. Запуску следующего спутника помешала перестройка. И постепенно о российских ученых, которые перестали участвовать в научной гонке, забыли.