Стивен Хокинг. Жизнь среди звезд - [39]

Это открытие показало космологам, что модель Большого Взрыва верна: теперь это была не просто модель, а точное описание реальной Вселенной, в которой мы живем. Во-первых, существование фонового излучения показало, что Большой Взрыв и вправду был, далее, при помощи точного измерения температуры этого излучения на сегодняшний день удалось рассчитать динамику температур в обратном направлении и вычислить точную температуру самого Большого Взрыва. В главе 5 мы немного опередили события, когда описывали первые несколько минут жизни Вселенной: точность этого описания, соответствующего картине мира середины 1970-х, отчасти зависит от наших современных познаний о точной температуре фонового излучения. Однако у этого описания первых этапов жизни Вселенной есть еще одна важная черта. «Первые три минуты» написал не космолог и даже не астроном, а нобелевский лауреат по физике, специалист по слабым и электромагнитным взаимодействиям между элементарными частицами Стивен Вайнберг.

До 1965 года космология была тихой научной гаванью, своего рода резервацией, где горстка математиков забавлялась со своими моделями, никому не досаждая. Сегодня, четверть века спустя, изучение Большого Взрыва стало главной задачей физики, и космология Большого Взрыва, как читают ученые, дает ключ к пониманию фундаментальных законов и сил, на которых зиждется физический мир. Именно благодаря измерению фонового космического излучения мы точно знаем, как синтезировались в ходе Большого Взрыва атомные ядра. И именно первые расчеты подобного рода, сделанные сразу после открытия фонового излучения, убедили многих физиков – не только космологов, – что к модели горячего Большого Взрыва как к описанию Вселенной следует относиться со всей серьезностью.

Эти вычисления вовсе не были скороспелыми «находками» по следам открытия фонового излучения, они стали кульминацией десятилетней работы. В 1950-е группа британских и американских исследователей, вдохновленные трудами Фреда Хойла, выяснили, как синтезируются в звездах все химические элементы сложнее гелия. Это был настоящий триумф научной мысли. В сущности, процесс состоит в том, что ядра гелия-4 соединяются и создают более сложные ядра. Затем некоторые сложные ядра либо испускают, либо поглощают одинокий протон, и таким образом создаются ядра других элементов.

Однако, как мы знаем из главы 5, на самой ранней стадии этот процесс заходит в тупик. При соединении двух ядер гелия-4 невозможно создать стабильное ядро, и поэтому в ходе Большого Взрыва нуклеосинтез остановился на гелии. Хойл придумал, как обойти это препятствие – через крайне редкие столкновения трех ядер гелия-4 практически одновременно. Тогда создается ядро углерода-12 – но лишь при условии, что ядра гелия-4 обладают нужной энергией (скоростью). Нужная энергия достигается в недрах звезд благодаря необычному квантовому эффекту, известному как резонанс. Этого никто не понимал, пока Хойл не объяснил, как происходит главный этап в этой цепочке. Он рассчитал, что должен существовать критический резонанс, который затем и был достигнут в ходе экспериментов здесь, на Земле. Затем Хойл с коллегами объяснили, как из водорода и гелия в недрах звезд создается все остальное, в том числе и атомы вашего тела, и этой книги.

Впоследствии, в 1983 году, за эту работу была присуждена Нобелевская премия, однако Нобелевский комитет принял чуть ли не самое странное решение за всю свою историю и дал премию Уильяму Фаулеру. Фаулер – прекрасный ученый, сыгравший важную роль в работе группы, но он первым признает, что и главным вдохновителем группы, и первооткрывателем механизма создания углерода-12 был именно Хойл.

К сожалению, впоследствии Хойл стал сторонником разного рода нетрадиционных идей – например, считал, что эпидемии земных болезней вызываются вирусами, занесенными на кометах. Видимо, Нобелевский комитет решил отказать ему в премии по физике, поскольку в мудрости и прозорливости своей опасался, как бы высокая награда не придала достоверности его сумасбродным гипотезам в дальнейшем. Зато британская монархия, вопреки своей чопорности, признала заслуги Хойла и посвятила его в рыцари. Однако в 1967 году до всего этого было далеко – а пока что Фаулер, Хойл и их коллега Роберт Вагонер наносили последние штрихи на картину нуклеосинтеза.

Единственным пробелом в истории звездного нуклеосинтеза в том виде, в каком она была разработана в 1950-е, оставался вопрос о том, откуда взялся гелий. Теория начиналась со звезд, на 75 % состоявших из водорода и на 25 % из гелия, прекрасно описывала появление всех прочих элементов и даже объясняла, почему одни элементы распространеннее других и насколько. Но все начиналось с резонанса тройного гелия/углерода-12, и без изначальных 25 % гелия звезды не смогли бы выпекать остальные элементы. Именно Вагонер, Фаулер и Хойл совместно показали, что именно такой Большой Взрыв, после которого осталось бы фоновое излучение с температурой 2,73 К, создал бы к концу первых четырех минут смесь из 25 % гелия и 75 % водорода.

Об этих открытиях ученые рассказали на конференции в Кембридже в 1967 году. Один из нас (Дж. Г.) присутствовал на этом докладе совсем юным студентом-исследователем и даже несколько робел, что его допустили на столь высокое собрание. Он живо помнит, какие сложные вопросы задавал на конференции другой слушатель, немного старше его самого, но еще совсем молодой, – похоже, ему было трудновато говорить, но к его словам внимательно прислушивались и куда более именитые ученые из числа почетных гостей. Все уже знали, что к Стивену Хокингу стоит прислушаться, хотя его карьера только начиналась. А вскоре стало понятно, почему его так интересует космология Большого Взрыва: были опубликованы результаты его исследований в соавторстве с Роджером Пенроузом.