Знание-сила, 2001 № 11 (893) - [14]

Остаточное излучение, испущенное Вселенной в возрасте 300 тысяч лет, было своего рода окошком, позволявшим «увидеть» процесс рождения Вселенной. Ученым безумно хочется понять, что тогда происходило, но они располагают для этого только теоретическими возможностями. Гипотез много, а выбрать между ними позволяют лишь экспериментальные данные. Открытие остаточного излучения как раз и принесло первые такие данные.

Постепенно, по мере того как другие ученые вслед за Пензиасом и Вильсоном исследовали его на разных миллиметровых, сантиметровых и дециметровых волнах (да, такая вот обыденность: его непрестанное «шипенье» в дециметровом диапазоне составляет около одного процента всех шумов в наших телевизорах), выяснилось, что его спектр (распределение энергии по разным длинам волн) близок к спектру равновесного теплового излучения, как если бы его излучало тело, нагретое примерно до трех градусов Кельвина. И на всех длинах волн оно демонстрировало завидное постоянство: в любой точке неба его температура была одинакова. Значит, в момент «расцепления света с веществом» все излучающие участки Вселенной тоже имели одинаковую температуру, то есть находились, как говорят, в тепловом равновесии друг с другом.

Но если вдуматься, в этом предсказании была некая неувязка. Если Вселенная была совершенно однородной, как могли образоваться те галактики, которые мы видим в ней сегодня? А тем более тот сложный пространственный узор, который они образуют, собираясь в огромные плоские скопления вроде «стенок», разгораживающих космос на «пустые ячейки», а также в «струны», прорезающие эти «стены»?

Теория Биг Бэнга решала вопрос о происхождении галактик, предполагая, что случайные сгущения вещества, ставшие зародышами будущих галактик, образовались много позже «расцепления света с веществом». Но подсчеты теоретиков показали, что в таком случае эти зародыши даже за 15 миллиардов лет не могли образовать такую сложную пространственную структуру, которая наблюдается сегодня. Однако те же подсчеты постепенно начали выявлять в стандартной теории Биг Бэнга и другие противоречия, настоятельно требовавшие решения. Такие решения выдвигались, но для их проверки нужен был более тонкий «щуп», чем первоначальная грубая карта остаточного излучения Пензиаса – Вильсона, позволявшая различить только детали больше десяти угловых градусов.

Например, чтобы решить, существовали ли зародыши галактик уже в ранней (горячей) Вселенной, нужна была карта с десятикратно более высоким разрешением. По всему поэтому решено было запустить в космос специальный спутник, который бы «заснял» эту карту без земных помех и с помощью более чувствительных приборов. Этот спутник, получивший название СОВЕ (Cosmic Background Explorer), был запущен НАСА в 1999 году, но сбор данных и их обработка потребовали такого времени, что результаты были объявлены только в 1992 году. Они произвели сенсацию. На второй «фотографии прошлого», сделанной с разрешением в один угловой градус, выявились некие поразительные детали, которые научный руководитель эксперимента Джордж Смут метафорически назвал «морщинами времени» на «лице Бога». Его фраза облетела мир, сделала его знаменитым и принесла ему гонорар в 600 тысяч долларов за книгу об этих «морщинах», а также укоры со стороны некоторых коллег. Что, однако, означала эта фраза? Чтобы понять ее, нам снова придется немного углубиться в теорию.

Мы уже говорили, что критическая средняя плотность вещества в «плоской» Вселенной должна быть около десяти атомов водорода на кубометр пустоты. А какова эта плотность в нашей реальной Вселенной? Она подсчитана, и оказалось, что с учетом всего видимого вещества видимой части Вселенной плотность эта составляет не более одного атома водорода на кубометр пустоты, или 0,1 критической плотности. Вселенная наша должна быть «открытой».

Между тем другие наблюдения показывают, что она гораздо ближе к плоской, чем к «открытой». Опять парадокс.

Но, может быть, все-таки наша Вселенная не «плоская»? Стандартная теория Бинг Бэнга не дает никакого ответа на этот вопрос. Он вообще выше ее понимания истории Вселенной. Вдумаемся сами: «плоское» состояние с его точным равенством плотностей в каждый момент расширения Вселенной так же неустойчиво, как карандаш, стояший на острие, – малейшее отклонение от равновесия будет только увеличиваться со временем. Если принять, что наша Вселенная сегодня близка к «плоской», то раньше она была бы к этому состоянию еще ближе.

Недаром теоретики, задумавшиеся над всеми этими парадоксами, постепенно пришли к выводу, что стандартная теория Биг Бэнга что-то недоучитывает. Они забили тревогу. Дикке и Пиблз (те принстонские теоретики, которые чуть не получили Нобелевскую премию вместе с Пензиасом и Вильсоном) стали разъезжать с лекциями, извещавшими коллег о сложившейся ситуации. Одна такая лекция («Почему наша Вселенная такая плоская?») состоялась у Дикке в Балтиморе, и одним из его слушателей там был молодой теоретик Алан Гут. Ему-то и суждено было предложить первый внятный ответ на все эти вопросы. Зимой 1979 года (он даже пометил в дневнике дату – 6 декабря) ему и пришла в голову мысль о том, как можно решить парадоксы стандартной теории Биг Бэнга, перечисленные в лекции Дикке. Еше около года у него ушло на строгую разработку того, что впоследствии стало называться «новой», или «инфляционной теорией Биг Бэнга». Сегодня она является основной в современной космологии, все другие теории и гипотезы так или иначе отталкиваются от нее.