Книга: Сейчас. Физика времени

В поисках конца времени

В поисках конца времени

Эксперимент с детектированием микроволнового излучения, о котором я рассказывал в предыдущей главе, был направлен на изучение природы Большого взрыва и структуры Вселенной при ее зарождении. Новый экспериментальный проект должен был определить будущее Вселенной. Путем к этому было выбрано гораздо более точное, чем ранее, определение в деталях поведения «расширения Хаббла».

Теория предсказывала, что расширение замедлится из-за самогравитации и взаимного притяжения галактик, расходящихся все дальше друг от друга. Это замедление можно было измерить, сравнивая расширение в ближайших галактиках с теми, которые от нас значительно удалены. Эти последние галактики покажут действие закона Хаббла таким, каким оно было миллиарды лет назад, и мы сможем увидеть, насколько замедлилось с тех пор расширение. Скорости галактик мы могли измерить с помощью того же эффекта, которым пользуется полиция при замере скорости машин: допплеровского сдвига.

Трудность заключалась в точном определении расстояния до галактик. Я решил, что так называемые сверхновые могут в этом помочь. Если бы мы смогли обнаружить замедление Вселенной, то сумели бы рассчитать, будет ли ее расширение вечным. Расчеты сводились практически к определению скоростей разбегания галактик. Будут ли галактики в расширяющейся Вселенной разбегаться или упадут обратно в «Большое сжатие»?

Параметр замедления Вселенной космологи обозначили последней буквой греческого алфавита ? (омега). Мы собирались дать параметру определение, поэтому весь эксперимент я назвал «Проект “Омега”». Новый измеритель мог рассказать о возможном конце времени.

«Проект “Омега”» был задуман после того, как в 1978 году я услышал лекцию Роберта Вагонера в Стэнфордском университете. В ней он указал, что собственная яркость отдаленных сверхновых типа II[142] может быть определена скоростью расширения их оболочки и временем такого расширения. Скорость, помноженная на время, даст нам размер звезды. Если бы мы смогли найти отдаленные сверхновые, определить их яркость и измерить скорость на основании допплеровского смещения галактик, в которые они входят, то после этого смогли бы использовать их как «калибровочные свечи». Наблюдаемая яркость в сравнении с их собственной яркостью позволила бы определить расстояние до них.

Требовалось получить как можно больше информации от большого количества отдаленных сверхновых. Однако вспышка сверхновых – довольно редкое явление, случающееся раз в несколько сотен лет. И чтобы использовать такую информацию, вспышку нужно зафиксировать в первые несколько дней после возникновения. Придется наблюдать за сотнями галактик, возвращаясь к этому занятию каждые несколько ночей. Только тогда можно уловить сверхновую в критической фазе расширения.

Когда я рассказал учителю и научному руководителю моей докторской диссертации Луису Альваресу о лекции Вагонера, он припомнил, что профессор Высшей технической школы штата Нью-Мексико Стерлинг Колгейт как раз начал проект по автоматическому поиску сверхновых. Я встретился с Колгейтом и выяснил, что он отказался от проекта как от слишком сложного. Однако посоветовал мне попробовать, снабдив массой рекомендаций и наставлений по тем проблемам, которые ему в конечном счете не удалось решить.

Требовались телескоп и очень мощный компьютер для управления им. К счастью, мое открытие косинусной зависимости интенсивности микроволнового излучения в космосе, подтверждающей анизотропию Вселенной, было отмечено наградой – премией Национального научного фонда Алана Уотермана[143]: $150 000 «не связанных» денег на исследования, которые я волен был выбирать сам. Каким замечательным делом оказался этот грант! Можно было начать проект со сверхновыми без необходимости доказывать какому-то жюри, что ты способен его осуществить. Премия Уотермана сделала мой проект возможным. Я использовал большую часть средств на приобретение необходимого компьютера (в те дни мощные машины были очень дороги) и на принятие в помощники недавнего выпускника университета Карла Пеннипакера.

Проект был пугающе сложным, и мне важна была поддержка. Сначала она была, но потом проект дважды закрывался администрацией (один раз директором по науке лаборатории Лоуренса университета в Беркли, а затем директором центра астрофизики частиц этого же университета). Но я все равно умудрялся каким-то образом выбивать финансирование и не останавливать эксперимент. Хорошо, что в то время я уже был на профессорском контракте: текущая работа (и зарплата) не зависели от следования приказам боссов. Мне показалось, что снова бюрократические сложности с проектом превзошли сложности научные, как это было с исследованием Джорджа Смута в NASA.

В 1986 году, через восемь лет после начала изучения сверхновых, к нам присоединился мой четвертый докторант, Сол Перлмуттер. Теперь я мог официально привлечь его к работе как взращенного мною доктора наук. Он быстро продемонстрировал удивительные лидерские качества. Сол полностью переписал программу для компьютера. Осматривая сотни галактик снова и снова, мы начали находить сверхновые. К 1992 году сообщили об обнаружении 20 таких звезд, включая открытие самой дальней на то время.

Большинство из найденных нами сверхновых по космологическим меркам находились относительно близко. Сол и Карл горели желанием совершить прорыв в науке и приступить к поискам очень далеких звезд такого типа. Для этого требовались более мощные телескопы. В то же время, по их мнению, это дарило надежду на то, что мы наконец обнаружим ожидаемое замедление расширения. Я сомневался, но доверился коллегам и одобрил новое направление. Сол разработал способ передачи информации по интернету, который в то время был довольно медленным. Он воспользовался математикой фракталов[144]. Насколько я знаю, он был первым человеком, кто применил этот продвинутый метод в научных измерениях. Сегодня фракталы применяются очень широко.

Затем Сол решил еще одну ключевую проблему, которая ставила меня в тупик. Он разработал схему обнаружения многих суперновых в одну ночь накануне новой (темной) луны, а также точное расписание наблюдения за небом с использованием мощных телескопов (таких как астрономические обсерватории в космосе) в следующую темную ночь. По моему мнению, этот с виду достаточно простой шаг вперед сделал наш проект полностью работающим.

«Неэкспериментаторы» могут удивиться, что я начал проект, еще не совсем понимая, как решать проблемы последующих измерений. Однако я научился у Луиса Альвареса, что такая смелость часто необходима – или вы никогда не справитесь с большой задачей. Важно быть уверенным, что вы сами (или члены вашей команды) при необходимости найдете нужное решение. Конечно, если бы я не располагал средствами от премии Уотермана, не решился бы на такой авантюризм. Наши судьи заранее требовали бы ответы на каждый вопрос и отвергали все запросы на финансирование, пока мы не представили бы удовлетворяющих их ответов.

Сол огласил свое решение на одном из совещаний с внешними судьями, которые оценивали нашу работу, чтобы вынести рекомендации по ее дополнительному финансированию. Эта была группа экспертов, ранее рекомендовавшая закрыть проект по сверхновым. После доклада Сола членам оценочной комиссии стало ясно, что проект может быть успешным. Один из членов комиссии, Роберт Киршнер, нашел нашу идею столь убедительной, что даже предложил создать в университете независимую исследовательскую группу для соревнования за научный результат.

К тому времени Сол стал подлинным лидером. И в 1992 году, через 15 лет после начала работы и через 6 – после прихода Сола, я попросил его взять руководство проектом на себя. Я постепенно отошел от него, сосредоточившись на других исследованиях. За пять следующих лет Сол настолько продвинулся в изучении сверхновых и оказался так близко к ответу на изначальный вопрос, что я убедил своих студентов в Беркли: скоро мы узнаем, будет ли время течь всегда или закончится вместе с «Большим сжатием».