В середине XX века на возникновение Вселенной были две точки зрения. Некоторые ученые придерживались теории Большого взрыва, предложенной в конце 1940-х годов в США астрономом Георгием Гамовым, эмигрантом из СССР. Альтернативой ей была теория стационарной Вселенной, которая предполагает, что у расширяющейся Вселенной нет ни начала, ни конца. При этом в ней постоянно образуется новое вещество, так что его плотность остается неизменной.
Согласно теории Гамова, после Большого взрыва Вселенная была заполнена плотной горячей плазмой из фотонов, электронов и протонов. В процессе расширения и остывания Вселенной электроны и протоны начали соединяться, образуя водород, из которого затем под действием гравитационного притяжения стали образовываться звезды, из них — галактики и так далее. Это происходило, когда возраст Вселенной составлял около 378 тысяч лет. Фотоны, оставшиеся с тех пор, до сих пор долетают до нас, образуя так называемое реликтовое излучение. Его и открыли Пензиас и Уилсон.
Непонятные помехи
В 1960-х годах в Лаборатории Белла в Нью-Джерси (США) была построена радиоантенна, изначально предназначавшаяся для работы с одной из первых систем спутников связи Echo. Через несколько лет эти спутники устарели, антенна перестала использоваться в коммерческих целях и досталась ученым. Пензиас и Уилсон изначально хотели зарегистрировать излучение нейтрального водорода.
Согласно теории Гамова, после Большого взрыва Вселенная была заполнена плотной горячей плазмой из фотонов, электронов и протонов. В процессе расширения и остывания Вселенной электроны и протоны начали соединяться, образуя водород, из которого затем под действием гравитационного притяжения стали образовываться звезды, из них — галактики и так далее. Это происходило, когда возраст Вселенной составлял около 378 тысяч лет. Фотоны, оставшиеся с тех пор, до сих пор долетают до нас, образуя так называемое реликтовое излучение. Его и открыли Пензиас и Уилсон.
Непонятные помехи
В 1960-х годах в Лаборатории Белла в Нью-Джерси (США) была построена радиоантенна, изначально предназначавшаяся для работы с одной из первых систем спутников связи Echo. Через несколько лет эти спутники устарели, антенна перестала использоваться в коммерческих целях и досталась ученым. Пензиас и Уилсон изначально хотели зарегистрировать излучение нейтрального водорода.
Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, в космосе он в основном существует в нейтральном состоянии: не будучи ионизирован излучением звезд, водород ничего не излучает и невидим для телескопов. Однако примерно раз в 11 миллионов лет электрон в каждом отдельном атоме (водород состоит из одного протона и одного электрона) может спонтанно менять спин, испуская при этом квант излучения с длиной волны 21,1 сантиметра. Несмотря на то что это происходит невообразимо редко, водорода во Вселенной так много, а существует она столь долго, что это излучение можно регистрировать.
Однако ученым все время мешал работать микроволновой шум, источник которого они не могли определить — он шел со всех сторон. В возникновении шума они подозревали Нью-Йорк, военных с их испытаниями и наконец вообще все, что только приходило в голову. В какой-то момент Пензиас и Уилсон обнаружили, что антенна загажена голубями. Ученые решили, что вот она, причина шума. Они почистили антенну и отгоняли птиц, но те упорно возвращались. В результате физикам пришлось их отстреливать. Но и это не помогло: птиц не было, а шум по-прежнему был.
Нобелевка за шум
Как-то Пензиас случайно встретился с коллегой, который посоветовал ему связаться с американским физиком Робертом Дикке. Дикке целенаправленно занимался поисками реликтового излучения для подтверждения теории Большого взрыва. У него уже были запланированы соответствующие эксперименты, но после разговора с Пензиасом стало понятно, что его опередили и «непонятный шум» — это и есть реликтовое излучение. За свое открытие Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию в 1978 году.
...и еще одна за его исследование
В начале 1970-х годов американский физик Джим Пиблс и русские ученые Рашид Сюняев и Яков Зельдович предсказали анизотропию реликтового излучения — небольшие вариации температуры реликтового излучения, которая в среднем составляет всего 2,73 кельвина (минус 270,42 градуса по Цельсию).
Эти вариации заложены в реликтовом излучении с самого начала — это отпечаток тех возмущений в распределении первичного вещества и энергии, из-за которых оно стало собираться в звезды и более крупные структуры, из них состоящие.
Зафиксировать анизотропию реликтового излучения при помощи наземных телескопов невозможно, но в 1983 году Советский Союз запустил космический аппарат «Реликт-1», предназначенный для регистрации анизотропии космического излучения, а 1989 году Американское космическое агентство вывело на орбиту космический аппарат СОВЕ (Cosmic Background Explorer «Исследователь космического фона»). Результаты обоих экспериментов, подтверждающие теоретические предсказания, были получены в 1992 году.
Советские ученые на несколько месяцев определили американских коллег. Однако результаты «Реликта-1» требовали дальнейшей проверки, которую предполагалось произвести, запустив в 1993—1994 годах проект «Реликт-2» для проведения наблюдений с борта космического аппарата «Либрис». Из-за развала Советского Союза он не был запущен, и в 2006 году Нобелевская премия по физике за экспериментальное подтверждение анизотропии реликтового излучения досталась американским ученым.
Екатерина Боровикова