Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

также не играет никакой роли. Иными словами, средняя плотность вещества и излучения остается одной и той же, и распределение по возрасту туманностей не меняется. В стационарной космологии средний возраст космических объектов составляет только третью часть «хаббловского возраста». Таким образом, как следовало из этой теории, возраст нашей Галактики должен быть гораздо выше среднего. Поскольку данные того времени о расстояниях привели многих исследователей к убеждению о необычайно больших размерах нашей Галактики по сравнению с другими, то казалось не таким уж невероятным, что ее возраст также превышает расчетное среднее значение.

Наиболее ранние публикации всех этих трех авторов появились в 1948 г. Методы Хойла выглядели менее радикально. На начальном этапе он взял за основу общую теорию относительности Эйнштейна; он также находился под влиянием принципа, впервые сформулированного Германом Вейлем в 1920‐х гг. Согласно этому принципу, каждой точке пространства-времени может быть поставлена в соответствие особая привилегированная скорость, и только определенная совокупность фундаментальных наблюдателей может видеть Вселенную в одном и том же виде. Хойл всего лишь добавил один новый член в эйнштейновское уравнение поля, интерпретировав его как показатель порождения материи. Однако это очевидным образом приводило к нарушению закона сохранения энергии – одного из наиболее сакральных физических законов. В 1951 г. Маккри показал, каким образом можно спасти уравнения Эйнштейна, иначе интерпретировав новое «порождающее поле» Хойла, а в 1960‐х гг. Хойл переработал свою раннюю версию в сотрудничестве с Дж. В. Нарликаром. Однако в конце 1940‐х и в 1950‐х гг. золотая пора стационарной космологии уже подходила к концу. Хойл выступил с серией блистательных лекций по новой «Третьей программе» Би-би-си, и на какое-то время его идеи стали темой широкого общенационального обсуждения в Британии, наряду с множеством протестных писем английского духовенства, опубликованных в прессе и прочитанных в виде проповедей, направленных против лихоимцев, возжелавших отринуть христианский догмат о единственности и неповторимости акта творения. Не помогло и то, что Хойл в подчеркнуто негативной манере адресовал всем враждебным моделям, начинавшим отсчет времени от некоторого момента в прошлом, уничижительный оборот «Большой взрыв»; Гамов, понятное дело, был одним из главных объектов его нападок по той причине, что сумел найти объяснение относительной распространенности химических элементов. Космологи, отстаивавшие стационарную модель, на какое-то время воспряли духом после выхода работы Хойла, Фаулера и Бербиджей, посвященной нуклеосинтезу в звездах (мы рассмотрим эту тему в конце настоящей главы). Их работа была в значительной степени инспирирована верой Хойла в стационарную космологию, с которой она очень хорошо сочеталась, однако со временем выяснилось, что их новая теория нуклеосинтеза может быть столь же замечательно приспособлена и к другим моделям. На деле, это оказалось их высочайшим достижением.

Первые данные наблюдений, свидетельствовавшие против стационарной теории, появились после подсчета небесных радиоисточников, произведенного сначала Мартином Райлом с несколькими британскими коллегами в Кембридже, а затем Бернардом Ярнтоном Миллсом и Джоном Г. Болтоном в Австралии и Марчелло Чеккарелли в Италии. Выяснилось, что число слабых радиоисточников превосходит число ярких источников в гораздо большей степени, чем это должно было быть, согласно прогнозам стационарной теории. Наиболее простое объяснение давала модель Большого взрыва. Оно заключалось в том, что яркие (по абсолютной величине) источники находятся в относительной близости от нас, а излучение, исходящее от далеких ярких источников, просто не успевает до нас добраться. Другими словами, согласно упомянутой эволюционной модели, заглядывая во все более далекие космические области, мы наблюдаем Вселенную на все более ранних стадиях ее эволюции, а потому обнаруживаемые там источники должны обладать более низкой светимостью.

Первые данные Райла, расцененные некоторыми специалистами как предельно ясный сигнал, были предъявлены в 1955 г., одновременно с выходом его последнего каталога, содержавшего описание 1936 радиоисточников. После этого он примерно в течение двух лет серьезно занимался изучением космологической проблемы. Заявление Райла от 1955 г., сделанное им совместно со своим студентом Петером Шуером, сильно наэлектризовало общественность. По вполне понятным причинам Райл никому не рассказывал о своих планах, но даже он не был готов к открытому наступлению на теоретиков стационарной модели ввиду того, что массовая британская пресса придавала очень большое значение этой полемике. Вскоре Джозеф Пози и Бернард Миллс в Сиднее обнаружили в результатах собственных радионаблюдений некоторые данные, слабо вязавшиеся с выводами Райла, и последний был вынужден терпеть едкие нападки как от защитников стационарной модели, так и от радиоастрономов. В течение последующих семи или восьми лет находились независимо мыслящие специалисты, расценивавшие происходящее так, что наблюдения Райла якобы содержат некоторую погрешность. На деле же, все эти замечания были направлены на снижение накала вокруг происходящего.

Таким образом, ситуация, сложившаяся в космологии к 1960 г., представлялась далекой от очевидной для всех, кто не имел отношения к разработке какого-либо конкретного варианта теории. Кроме того, существовало несколько релятивистских моделей помимо и сверх того, что мы рассмотрели ранее, – например, пульсирующие модели, где расширение (длящееся в течение миллиардов лет) сменялось сжатием, за которым опять следовала фаза расширения. Такие модели обладали чрезвычайно аномальными термодинамическими свойствами, что делало их в целом непопулярными в среде астрономов. Предпринимались попытки построить космологические модели на основе различных теорий гравитации, введенных в оборот, как уже говорилось выше, в 1920‐х гг. такими математиками, как А. Н. Уайтхед (его теорию дополнил Дж. Л. Синг) и Дж. Д. Биркгоф, но они не получили поддержки и не привлекли почти никакого внимания. Общая теория относительности Эйнштейна была еще далека от получения широкого признания, и многие из тех, кто пользовался только ею, вероятно, испытывали некоторые сомнения на ее счет. Наступивший перелом привел к очень быстрым изменениям, главным образом благодаря серии новых открытий, сделанных с помощью радиотелескопов, полностью поменявших привычные представления об астрономии.

КОСМОЛОГИЧЕСКОЕ ОБИЛИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Предложив идею Первичного атома, Леметр намного опередил свое время. На этом фронте не могло быть сделано никакого существенного прорыва до прогресса, достигнутого в области ядерной физики в середине и конце 1930‐х гг., но затем разразилась война, в ходе которой большинство физиков, обладавших надлежащими знаниями, было привлечено к решению более насущных проблем. Однако уже в 1942 г., семь лет спустя после своей огайской работы, посвященной предполагаемой роли нейтронов в выработке энергии и синтезе элементов в звездах (см. с. 816, глава 16), Джордж Гамов вернулся к своим ранним исследованиям в области нуклеосинтеза. Существовал целый класс теорий, получивших название «теорий равновесия» относительной распространенности элементов, где предполагалось, что сегодняшние наблюдательные данные должны соответствовать некоторому состоянию термодинамического равновесия между высокой плотностью, образуемой ядрами, и температурой, но никто из пытавшихся осуществить эти расчеты не сумел добиться приемлемого решения. Первая строчка из текста исследования Субраманьяна Чандрасекара и Луиса Р. Генриха от 1942 г. гласила: «Сегодня считается общепризнанным, что химические элементы не могут быть синтезированы при условиях, существующих, согласно современным представлениям, в недрах звезд». Гамов искал решение, пытаясь преодолеть препятствие, которое он называл «катастрофой тяжелых элементов»: надлежащая температура и плотность для известных элементов с малой атомной массой была возможна только при допущении крайне низкого содержания более тяжелых элементов. Поэтому он сменил направление, выбрав в качестве ориентира теорию, смутно напоминающую теорию Леметра. Его идея заключалась в том, что в процессе «спекания» нейтронов должны возникать элементы все более и более высоких атомных масс вплоть до урана, после чего включаются реакции распада (как это вскоре случилось в Аламогордо, Хиросиме и Нагасаки), а образовавшиеся в результате фрагменты заново запускают описанный процесс. Он рассмотрел этот процесс в условиях Вселенной, расширяющейся по сценарию, описанному специалистами