Гонка за Нобелем. История о космологии, амбициях и высшей научной награде

На волосок от победы

Судьба избавила Фреда Хойла от мучительной участи наблюдать за агонией своей любимой теории. Он умер в 2001 году, всего за год до того, как квазистационарная космологическая модель пала жертвой своего ключевого свойства, которое притягивало к ней многих ученых: ее фальсифицируемости.
Чтобы модель квазистационарной Вселенной была жизнеспособной, весь космос должен быть заполнен особой пылью. У этой пыли было много дел. Во-первых, обязанность поглощать звездный свет, который, как мы знаем на примере Солнца, почти полностью состоит из света видимого диапазона. Во-вторых, от нее требовалась термализация, т. е. вся межзвездная среда с ее пылевыми облаками должна была находиться в тепловом равновесии при температуре 2,7 кельвина, которую наблюдали сначала Пензиас и Уилсон, а затем FIRAS. В-третьих, для того чтобы поддерживать тепловое равновесие и не нагреваться под воздействием звездного света, пыли надлежало излучать энергию в форме микроволн, которые проходят дальше через Вселенную. Чтобы выполнять столь разные функции, пылевые частицы должны были иметь форму так называемых волосков — крошечных цилиндриков меньше миллиметра длиной.
Исходя из этих предположений, модель квазистационарного состояния предсказывала поляризацию реликта, причем не просто поляризацию, а высокую степень поляризации в результате прохождения излучения через бесчисленные упорядоченные облака из пылевых волосков. Это было важное фальсифицируемое предсказание, проверяемое экспериментальным путем. Теперь оставалось измерить поляризацию реликтового излучения и таким образом подтвердить или опровергнуть модель Хойла.
В 2002 году телескоп Degree Angular Scale Interferometer/DASI (Интерферометр с градусным угловым разрешением) впервые измерил поляризацию космического микроволнового фона. Эксперимент, которым руководил один из самых выдающихся экспериментальных космологов нашего времени — Джон Карлстром — вместе со своим аспирантом Джоном Ковачем, убедительно показал, что поляризация космического микроволнового фона и близко не соответствовала величине, предсказанной квазистационарной моделью. Она была незначительной, всего на уровне 0,00001 %, т. е. примерно в 1000 раз меньше, чем должны были обеспечить волоски Хойла. Пыль здесь была ни при чем.
Однако новые поляризационные данные прекрасно вписывались в нарратив Большого взрыва. Согласно этой модели, реликтовое излучение изначально было неполяризованным, как и любое излучение черного тела. Но в первые 380 000 лет после рождения Вселенной его первичные фотоны постоянно сталкивались с электронами, которыми кишела первичная плазма, прежде чем она немного остыла и позволила электронам связаться с протонами с образованием ядер водорода. Процесс упругого столкновения фотонов с электронами известен как томсоновское рассеяние. (Физики любят давать процессам и эффектам имена открывших их ученых. Этот процесс был назван в честь Дж. Дж. Томсона, лауреата Нобелевской премии по физике 1906 года.) В отличие от пылевого рассеяния, рассеяние Томсона дает гораздо более слабую поляризацию. И это предсказание было подтверждено измерениями DASI. Результаты DASI вскоре были подкреплены и другими экспериментами, включая эксперимент CAPMAP, проведенный группой из Принстона во главе с Сьюзан Стаггс, и обновленную версию эксперимента BOOMERanG под названием B2K.
Измерение поляризации космического микроволнового излучения нанесло решающий удар по стационарной модели, чего не смогли сделать ни Хаббл, ни Пензиас и Уилсон, ни сам Хойл, обнаруживший избыточное содержание гелия в космосе. Но ничто не могло переубедить последнего из оставшихся в живых создателей квазистационарной модели — Джеффа Бербиджа. Он продолжал превозносить достоинства своей теории даже в 2009 году в статье «Факты и гипотезы в космологии», написанной в соавторстве с бывшим аспирантом Хойла Джайантом Нарликаром, где ни словом не упоминалось про результаты DASI. Как бы то ни было, после первых измерений поляризации реликта модель квазистационарной Вселенной сама достигла конечного стационарного состояния: ее смерть была признана официально.
Показать оглавление

Комментариев: 0

Оставить комментарий