Нобелевские премии. Ученые и открытия

Одним из замечательных достижений радиоастрономии является открытие космического микроволнового фонового излучения — отдаленного эха Большого взрыва, в результате которого, как предполагается современной теорией, возникла Вселенная. Эта теория берет свое начало в 20-х годах и исходит из общих идей о нестационарности Вселенной, которые в свою очередь вытекают из теории относительности Эйнштейна. Сам он, однако, был неудовлетворен такими следствиями своей теории и создал модель стационарной Вселенной, введя в соответствующие уравнения специальные коэффициенты. Но некоторые ученые склонялись к концепции динамичной Вселенной. В 1922 г. молодой советский ученый Александр Александрович Фридман создал математическую модель нестационарной (расширяющейся) Вселенной. К концу 20-х годов Эдвин Хаббл, исследуя далекие космические объекты, обнаружил, что их световое излучение смещено к красному концу спектра. Это наблюдение было объяснено доплеровским эффектом — смещением спектра излучения удаляющегося тела в красную область. Результаты Хаббла явились экспериментальным подтверждением теории Фридмана о расширении Вселенной.

В 40-е годы американский физик-теоретик Г.А. Гамов с сотрудниками предложили модель «горячей Вселенной». Из этой теории вытекало существование реликтового излучения, образовавшегося в момент Большого взрыва. Уменьшаясь с расширением Вселенной эффективная температура этого излучения должна была составлять в современную эпоху лишь несколько градусов выше абсолютного нуля (абсолютный нуль равен —273,16°С).

Этим низким температурам соответствуют фотоны с очень небольшой энергией, которая как раз соответствует радиодиапазону в спектре электромагнитного излучения. Реликтовое радиоизлучение было открыто в 1965. г. двумя молодыми исследователями — Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном из фирмы «Белл телефон лабораторис» в Холмделе (штат Нью-Джерси). Измерения производились с помощью специальной высокочувствительной рупорной антенны, построенной в 1960 г. для связи с ретрансляционным спутником «Эхо». В 1963 г. эта космическая программа была закрыта, и ученые решили использовать антенну для радиоастрономических наблюдений. Прежде чем приступить к работе, они внимательно изучили свойства самой антенны. С этой целью они измеряли фоновое излучение в различных точках небесной сферы. Вскоре Пензиас и Вильсон обнаружили, что во всех направлениях присутствует какой-то радиошум с температурой около трех градусов по абсолютной шкале температур.

В это время в Принстонском университете Роберт Дикке и Джон Пибблс работали над моделью Большого взрыва. В 1965 г., когда Пензиас и Вильсон заканчивали измерения, эти два теоретика огласили свои результаты на научном конгрессе в Нью-Йорке. Ознакомившись с ними, Пензиас и Вильсон сразу поняли, что им не избавиться от радиошума в антенне, ибо это и есть фоновое излучение, заполняющее Вселенную. Они ознакомили Дикке и его сотрудников с собственными данными, результатом чего явились два сообщения в Astrophysical Journal, одно — наблюдателей из Холмдела об открытии фонового излучения, а второе — теоретиков из Принстона, объяснявшее это явление.

Так как Пензиасу и Вильсону удалось опубликовать свои результаты в солидном научном журнале, на них сразу обратили внимание. (Случись им напечататься в каком-нибудь техническом издании, как это было с Янским, их открытие, возможно, долгое время оставалось бы незамеченным.) Когда в 70-х годах Нобелевский комитет по физике принял решение включить в рассмотрение и исследования в области астрофизики, радиоастрономы также получили шанс быть отмеченными. И два их представителя, сумевшие «услышать» далекое эхо Большого взрыва, стали в 1978 г. лауреатами Нобелевской премии. Эту награду Арно Пензиас и Роберт Вильсон разделили с крупным советским ученым Петром Леонидовичем Капицей.

Астрофизика

Возникновением теории Большого взрыва отмечается новый этап в развитии науки нашего столетия. Эволюционный подход утверждается во многих сферах познания. В различных науках накапливаются данные о том, как возникла Вселенная, как образовались химические элементы, из которых состоят галактики и звезды, как возникли планеты и живые существа. Создается целостная картина развития мира, которая объединяет разные области знания.

Важным моментом в картине эволюции Вселенной является образование звезд. Изучением физических процессов, происходящих в звездах, занимались многие ученые, среди которых особо следует отметить Ханса Альбрехта Бете, который объяснил природу внутризвездной энергии. В 30-е годы этот ученый занимался изучением ядерных реакций — одной из новых и модных тогда областей науки. Исследуя взаимодействие между протонами и нейтронами, он установил, как при их объединении может образоваться ядро тяжелого водорода (дейтерия). Хотя Бете и не проявлял особого интереса к астрофизике, сама работа толкала его в эту область науки.