Вселенная на ладони. Эхо Большого Взрыва

Описывающие эти теории уравнения дали человечеству новое видение природы. Это было видение, дополнившее и исправившее описание, разработанное Исааком Ньютоном и его последователями.

Ошибка в уравнении

Уравнения, выведенные Эйнштейном, давали прекрасное описание этого мира. И вроде бы всё было хорошо. Но когда немецкий учёный начал анализировать космологические следствия своей общей теории относительности, он обнаружил нечто странное и тревожное. Из расчетов выходило, что Вселенная должна сжиматься или расширяться! Хм. Однако в те времена не существовало никаких экспериментальных доказательств того, что нечто подобное действительно происходит!

Эйнштейн посоветовался с астрономами. И они, мельком переглянувшись, ответили ему так: да, наблюдаемые звезды приближаются или удаляются в пространстве более или менее случайным образом. Но при этом не зафиксировано никакого их совместного движения. Ничего, что могло бы вызвать подозрение в скрытом космическом расширении или сжатии.

Ну ладно. Поскольку не было никаких данных, подтверждающих расширение или сжатие Вселенной, Эйнштейн решил, что в его теорию закралась какая-то ошибка. И он изменил уравнения, добавив термин, который назвал «космологической постоянной». При таком раскладе его Вселенная становилась стационарной.

Первые доказательства расширения Вселенной

В том же году, когда Эйнштейн погубил свою теорию добавлением космологической постоянной, американский астроном Весто Слайфер опубликовал первое свидетельство расширения Вселенной. Хотя сам учёный этого даже не осознавал.

В 1917 году Слайфер сфотографировал некоторые астрономические объекты молочного цвета, приняв их за космические газовые облака. И обнаружил кое-что любопытное. Вспомните шум удаляющейся электрички. Он становиться всё ниже и ниже по мере удаления её от Вас. Точно так же и объекты, наблюдаемые Слайпером, светились всё более красным (низкочастотным) светом. Как будто они тоже удалялись от нас!

Гораздо позже другому астроному по имени Эдвин Хаббл удалось раскрыть истинную сущность этих объектов. Оказалось, что это были огромные галактики, соперничавшие по размерам с Млечным Путём! Наблюдая за некоторыми переменными звёздами, содержащимися в этих галактиках, Хаббл смог установить расстояние до них. И обнаружил, что они находятся невероятно далеко!

Но самое удивительное было не в этом. А в том, что чем дальше звёзды находились, тем быстрее удалялись от нас!

Хаббл, однако, ничего не знал о теории относительности. И не смог сразу сделать необходимые выводы.

Леметр и теория Большого Взрыва

Так получилось, что человеком, сумевшим связать результаты наблюдений Хаббла, оказался не выдающийся учёный, а малоизвестный бельгийский священник и математик по имени Жорж Леметр. Он был сыном стекольщика. И в возрасте девяти лет решил стать учёным и богослужителем. Леметр любил говорить так: «Между наукой и религией нет конфликта».

Священник узнал об открытиях Хаббла. И в 1927 году написал статью, основанную на общей теории относительности, в которой обосновывал существование расширяющейся Вселенной. Леметр опубликовал свою работу в местной газете. Но никто не обратил на неё ни малейшего внимания. Даже Эйнштейн, получивший копию статьи, сказал: «Да, расчёты верны. Но физика отвратительна!».

И всё же три года спустя Леметра признали отцом новой теории. И к тому времени бельгийский математик продвинулся в своих исследованиях ещё дальше. Он осмелился добраться до истоков самой Вселенной! В этом путешествии он взял за отправную точку видение Вселенной, полной галактик, удалённых друг от друга на миллионы световых лет. Затем он повернул ход времени вспять. И представил, что по мере того, как время движется вспять, галактики становятся всё ближе и ближе друг к другу.

В сознании Леметра Млечный Путь и остальные Галактики сближались и сжимались, как будто они находились внутри огромного космического пресса. Таким образом учёный пришёл к выводу, что когда-то очень давно был момент, когда Вселенная была сосредоточена в маленьком пространстве. И имела огромную плотность!

Так Леметр установил связь между наукой о величайшем, космологией, и наукой о мельчайших элементарных частицах. Однако не удовлетворившись результатом, Леметр продолжил своё путешествие во времени. И пришёл к выводу, что Вселенная могла начаться как бесконечно малая и плотная точка – математическая сингулярность. Которая и является источником пространства и времени.

Некоторые великие учёные того времени не простили Леметру его дерзости. Среди них был и астрофизик Фред Хойл, который в насмешку над бельгийским математиком придумал уничижительное название теории, назвав её теорией Большого Взрыва.

Уточнённая теория

Однако существовали на этой планете физики-ядерщики, специалисты по миру элементарных частиц, которые видели в «теории Большого Взрыва» весьма интересную область исследований. Одним из таких людей был Георгий Гамов, гениальный физик. Он часто задавал такой вопрос проходящим мимо него гражданам: как развивалась Вселенная в первые мгновения, пока она не произвела все элементарные частицы, атомы и молекулы, населяющие её?

Граждане, как правило, угрюмо молчали. Но некоторые, постоянно оглядываясь, иной раз звонили по номеру 03 из ближайшего таксофона…

И всё же исследования Гамова привели к удивительным результатам. Одна из его идей звучала так: если Вселенная возникла в результате Большого Взрыва, то с тех пор она всё время расширялась и охлаждалась. В основе этих рассуждений лежит следующее: тело, остывая, каждый раз излучает излучение с меньшей частотой. То есть то же самое происходит, когда остывает очень горячий кусок железа. Сначала он белый. Но потом желтеет, потом становится оранжевым, потом красным. То есть, когда он остывает, он излучает свет всё более низкой частоты.

Гамов считал, что тоже самое должно было происходить и во Вселенной по мере её расширения. Но самое интересное в этой идее вот что: если эти расчёты верны, следы Большого взрыва должны были остаться в виде очень низкочастотного фонового излучения, которое можно было бы уловить! Для этого достаточно было бы построить микроволновую антенну и направить её в любую точку Вселенной, чтобы услышать древний шум Большого Взрыва…

Эхо Большого Взрыва

Через десять лет после публикации результатов Гамова два инженера из компании Bell Laboratories проводили функциональные испытания новой антенны, смонтированной для организации спутниковой связи. Пензиас и Уилсон направили антенну в определённое место в космосе. И слушали то, что она принимала.

К превеликому удивлению учёных антенна уловила настойчивый и надоедливый писк. Исследователи поменяли ориентацию антенны. Они проверили оборудование. Однако шум не исчез. Куда бы инженеры не направили антенну, везде был шум. Исследователи обнаружили, что он исходил от какого-то источника, находящегося за пределами Земли. Просто огромного источника, «размазанного» по всей Вселенной!

Инженеры измерили интенсивность и частоту этого шума. И обнаружили, что эти параметры точно соответствует предсказаниям Гамова и его коллег.

Они были первыми людьми на Земле, которые услышали «Эхо Большого Взрыва»…