§ 2. Подтверждение теории Большого Взрыва

1. Открытие реликтового излучения. Пензиас, Вильсон. Почти два десятилетия концепция Большого Взрыва для большинства астрономов оставалась «игрой ума» немногих физиков и космологов. И только позднее стало ясно, что более раннему решению проблемы в немалой степени помешал тот разрыв в научных контактах, который все еще существует между современными теоретиками и наблюдателями. Сыграла существенную негативную роль и дифференцированность науки, из-за которой специалисты, даже работающие в близких областях, порой мало знают о проблемах своих соседей.

Еще в 1941 г. канадский астрофизик Э. Мак-Келлар (1910—1960), открывший за год до этого в межзвездном пространстве молекулы CH, CH+, CN и др., столкнулся с загадочным фактом — возбужденным состоянием молекул межзвездного циана (CN), температура возбуждения которых составляет 2,3 К. Это могло бы послужить первым сигналом о наличии в мировом пространстве соответствующего излучения-возбудителя! Но авторы теории Большого Взрыва, по-видимому, об этом открытии не знали. И то, что такое состояние молекул циана вызвано именно реликтовым излучением, показали позднее советский астрофизик И.С. Шкловский (1916—1985) и независимо ряд других авторов.

Более того, в 1956 г. молодой пулковский радиоастроном Т.А. Шмаонов впервые зарегистрировал радиоизлучение космического фона с абсолютной эффективной температурой, «равной 3,7±3,7 К. (в зените) и 3,9±4,2 К (в полярной области)», отметив, что температура излучения «не менялась существенно со временем» (т. е. радиоизлучение было близко к изотропному!). При этом задача была поставлена именно для «измерения эквивалентной температуры радиоизлучения фона на волне 3,2 см», для чего была сконструирована аппаратура — рупорная антенна. При постановке исследования указанных областей неба учитывалось, что «согласно теоретическим расчетам максимальная величина температуры радиоизлучения в области зенита не должна превышать 5 К на волне 3,2 см», писал автор указанного исследования. (Вспомним, что Гамов предсказывал именно такую температуру остаточного излучения! Видимо, о работах Гамова было известно в Пулкове.) В 1957 г. Шмаонов защитил диссертацию, в которой сообщал, в частности, что он зарегистрировал некое фоновое радиоизлучение с температурой около 4 К (но еще с небольшой точностью ±3К) и доказал его космическое происхождение. Но этот результат, важность которого (несмотря на невысокую еще точность измерения) отметил тогда же руководитель пулковских астрономов известный радиофизик С.Э. Хайкин (1901—1968), основоположник советской экспериментальной радиоастрономии, тем не менее прошел мимо внимания других астрофизиков и космологов.

Аналогичный «недолет» случился с японскими радиоастрономами, которые еще в начале 50-х гг. фактически зарегистрировали низкотемпературное фоновое радиоизлучение из космоса, но также не обратили на это должного внимания.

Наконец, и опубликованный в 1964 г. молодыми советскими астрофизиками А.Г. Дорошкевичем и И.Д. Новиковым расчет, впервые показавший, что на сантиметровых волнах предсказанное первичное радиоизлучение должно «забивать» все известные источники и вполне обнаружимо, в свою очередь остался неизвестным наблюдателям-радиоастрономам.

Между тем интерес к проблеме в 60-е гг. начал расти в связи с попытками рассмотреть вопрос о формировании химических элементов во Вселенной на ранних стадиях ее расширения. Проблема холодного или горячего начального состояния Вселенной вызывала острые споры и сама становилась «горячим» дискуссионным элементом в астрономической картине мира. В результате американский физик-космолог и радиофизик Р. Диккс с сотрудниками начал подготовку к наблюдательной проверке концепции Большого Взрыва. Поэтому, когда в 1965 г. американские радиоинженеры А. Пензиас и Р. Вильсон (не слыхавшие о теории Гамова!) при испытании рупорной антенны для наблюдения американского спутника «Эхо» совершенно случайно открыли существование микроволнового (на волне 7,35 см) космического радиошума с температурой около 3 К, не зависящего от направления антенны, и это стало известным группе Диккс, те сразу поняли, что речь идет о первичном остаточном радиоизлучении. Так, теория Большого Взрыва, или, как ее стали еще называть, теория «горячей Вселенной», получила наблюдательное подтверждение, а инженеры — Нобелевскую премию. Известный советский астрофизик И.С. Шкловский назвал это излучение реликтовым.

Открытие реликтового излучения стало величайшим достижением в астрономии XX в. и в значительной степени явилось результатом развития радиоастрономической техники и того, что сама научная атмосфера созрела для его восприятия. Это открытие сделало достоверным фактом по меньшей мере то, что Вселенная (Метагалактика) действительно эволюционирует. Наконец, открытие реликтового излучения стало мощным стимулом для дальнейшей разработки идеи Большого Взрыва.

2. Развитие теории горячей Вселенной. Новым этапом развития представлений о ранних стадиях эволюции Вселенной стала «теория горячей Вселенной», особенно в работах академика Я.Б. Зельдовича (1914—1987) и его школы. Представление о характере начального расширения Вселенной в наши дни сильно изменилось. Помимо главной трудности в описании такого «начала» (надоступности его для современной теоретической физики), обнаружились другие серьезные трудности при попытке описать и последующую, уже в принципе доступную современной физике, но еще очень раннюю историю расширения Вселенной как целого.

С целью преодоления этих трудностей в 80-е гг. была предложена концепция раздувающейся (или инфляционной) Вселенной (А. Гут, США; А.Д. Линде, СССР). Обсуждается идея множественности и неоднократного возникновения в разные моменты времени самих раздувающихся вселенных. Таким образом, древнейшая идея возрождения Вселенной, идея бесконечной цепи рождений и гибели миров всех масштабов, как и концепция островных вселенных, родившаяся уже в результате соединения гравитационной теории и наблюдений, в наши дни возрождаются, но уже на несравненно более высоком уровне — как в отношении масштабов, так и качественного многообразия объектов. Эти идеи могут рассматриваться как предвестник, а может быть и начало уже третьей революции в космологической картине мира.