Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

В теории Гамова был еще один важный элемент. Горячее начальное вещество, согласно разделу физики, называемому термодинамикой, должно было породить электромагнитное излучение. Законы термодинамики, многократно проверенные и доказанные, требовали, чтобы в горячем веществе возник своеобразный газ из частиц света, сгустков электромагнитного поля — ­фотонов. Фотоны ведут себя как частицы, лишенные массы и движущиеся со скоростью света. Согласно расчетам, по законам термодинамики фотонов должно быть гораздо больше, чем частиц вещества (теория указывает, что их должно быть примерно в миллиард раз больше, чем ядер атомов водорода — протонов). Гамов считал, что в раскаленном начальном плотном «супе» из ядер водорода и гелия должны были присутствовать многочисленные фотоны.

В дальнейшем оказалось, что эти фотоны как раз и мешали образованию тяжелых ядер. В реакциях синтеза на начальном этапе возникали только ядра атомов гелия, ядра дейтерия (в небольшом количестве), а также лития и бора.

Средняя энергия фотонов должна быть примерно равна средней энергии движения частиц вещества (протонов и ядер атомов гелия). Это значит, что полная энергия фотонов (электромагнитного излучения) в тот же миллиард раз превышала полную энергию частиц вещества! В начальной горячей Вселенной излучение доминировало над веществом.

Но что происходило дальше? Плотность вещества и полей уменьшалась (Вселенная расширялась). Наконец плотность материи стала недостаточной для продолжения реакций ядерного синтеза. Согласно законам физики, должна была падать температура не только вещества, но и электромагнитного излучения. Но температура излучения связана с длиной его волны: это означает, что длина волны излучения должна была постоянно увеличиваться по мере падения температуры. Если при гигантских начальных температурах порядка миллиарда градусов длина волны должна соответствовать параметрам гамма-излучения, то со временем температура (а значит, и энергия) излучения должна уменьшаться, как и длина его волны.

Гамов, Альфер и их коллега Роберт Герман[41] сделали оценку, какова должна быть типичная длина волны этого излучения сегодня, спустя более чем десять миллиардов лет после Большого взрыва. Они получили очень низкую температуру — в пределах от нуля до десяти градусов по шкале Кельвина.

Согласно рассуждениям Гамова и его команды, это излучение, сохранившееся со времен горячей Вселенной, никуда не должно было деться[42]. Оно и сегодня должно заполнять всю Вселенную, равномерно распространяясь во все стороны. Но поскольку длина волны этого излучения вместе с температурой существенно изменилась, зарегистрировать его можно уже не в гамма- и даже не в ультрафиолетовом и не видимом диапазоне. Излучение горячей (когда-то) Вселенной «ушло» в длинноволновый радиодиапазон.

Статья команды Гамова прямо указывала, что следовало искать в космосе. Проверить, верны ли соображения ученых, или это всего лишь умозрительные теоретические построения, не имеющие ничего общего с реальностью, можно было только в ходе эксперимента.

После Второй мировой войны быстро развивалась радиоастрономия — военные радары продемонстрировали, что какие-то источники радиоволн явно находятся в космосе (например, Солнце и Юпитер), и специальные антенны для приема космического радиоизлучения активно сооружались во всем цивилизованном мире. Можно было ожидать, что в список научных задач молодая радиоастрономия должна была включить поиск древнего излучения горячей (когда-то) Вселенной…

Удивительно, но на статью Альфера и Германа, вышедшую в 1948 году, внимания никто не обратил[43]. Так бывает в науке — дух времени запаздывал. Гениальная догадка Гамова немного опередила дух времени, зерно упало на почву, еще не готовую его принять[44]. Стоит также сказать, что в 1941 году об обнаружении излучения с такими свойствами написал в своей научной статье Эндрю Маккеллар, но он не понял, что это такое.

В середине пятидесятых годов рупорная антенна Пулковской обсерватории под Ленинградом (когда-то именно там, в Петрограде, как он тогда назывался, Фридман читал лекции Гамову) зарегистрировала излучение, идущее из космоса, соответствовавшее температуре около трех Кельвин. Антенна, на которой работали советские радио­астрономы, Семен Эммануилович Хайкин и Наум Львович Кайдановский, а также их аспирант Т.А. Шмаонов, зафиксировала древнее излучение юной горячей Вселенной! Этот результат Тигран Арамович Шмаонов изложил в своей кандидатской диссертации в 1957 году, а затем упомянул в статье, опубликованной в советском журнале «Приборы и техника эксперимента». Но сами наблюдатели не обратили на обнаружение излучения особого внимания и не осо­знали, что же они зарегистрировали.