Книга: Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

* * *

Следующим шагом было получить независимые свидетельства, подтверждающие Большой взрыв. В 1948 году Ральф Альфер и Роберт Херман[86] предсказали, что Большой взрыв должен был, по идее, оставить отпечаток на уровнях излучения Вселенной в форме однородного космического микроволнового фонового излучения, или реликтового излучения. Согласно их расчетам, температура реликтового излучения — то есть температура источника, способного дать такой уровень излучения, — составляет около 5 K. В 1960-е годы Яков Зельдович и Роберт Дикке независимо друг от друга и заново получили тот же результат. Астрофизики Андрей Дорошкевич и Игорь Новиков поняли в 1964 году, что в принципе реликтовое излучение можно наблюдать и даже использовать для проверки гипотезы Большого взрыва.

В том же году коллеги Дикке Дэвид Уилкинсон и Питер Ролл начали строить радиометр Дикке для измерения реликтового излучения. Радиометр Дикке — это радиоприемник, способный измерять среднюю мощность сигнала в некотором диапазоне частот. Но прежде чем они успели закончить работу, их опередила другая группа. В 1965 году Арно Пензиас и Роберт Уилсон использовали принцип радиометра Дикке при работе с малошумящей рупорно-параболической приемной радиоантенной, созданной компанией Bell Laboratories для работы со спутниками связи Telstar. Пытаясь разобраться с источником назойливого «шума», они поняли, что шум этот имеет космологическое происхождение, а не возникает в результате какой-то недоработки в конструкции их электронных устройств. Шум не имел конкретного источника; вместо этого он был равномерно распределен по всему небу. Его температура равнялась примерно 4,2 K. Так впервые удалось пронаблюдать реликтовое излучение.

Интерпретация реликтового излучения вызывала в 1960-е годы горячие споры, и физики, предпочитавшие теорию стационарной Вселенной, утверждали, что реликтовое излучение — это рассеянный свет звезд далеких галактик. Но к 1970 году большинство ученых сошлось во мнении, что реликтовое излучение — свидетельство в пользу Большого взрыва. Хокинг назвал это наблюдение «последним гвоздем в гроб теории стационарной Вселенной». Решающим фактором послужил спектр этого излучения, очень похожий на излучение абсолютно черного тела, что противоречило теории стационарной Вселенной. Сегодня космическое микроволновое излучение считается реликтом, оставшимся от Вселенной, когда ей было всего 379 000 лет. В то время ее температура упала до 3000 K, в результате чего электроны получили возможность соединяться с протонами и образовывать атомы водорода. Вселенная стала прозрачной для электромагнитного излучения. Да будет свет!

Теория предсказывает, что реликтовое излучение не должно быть в точности одинаковым во всех направлениях. В нем должны быть очень маленькие флуктуации, порядок величины которых оценивается в 0,001–0,01 %. В 1992 году аппарат NASA под названием COBE (Cosmic Background Explorer — Исследователь космического фона) измерил эти неоднородности. Более подробно их структуру выявил зонд WMAP. Полученные подробности стали основным средством сравнить реальность с предсказаниями из различных вариантов теории Большого взрыва и других космологических сценариев.