Навигация
Горячая Вселенная или Большой Взрыв
49444
знака
1
таблица
0
изображений
8. Горячая Вселенная или Большой Взрыв
Гамов никогда не забывал космологию, науку своей ленинградской юности. Он вплотную взялся за нее в 1946 году, за два года до Лос-Аламоса, и посвятил этому больше десяти лет. Целью было "скрестить космологическую науку с ядерной физикой" (по его собственному выражению). Один "мичуринский" эксперимент такого рода он уже успешно осуществил ранее: привил ядерную физику на древо астрономии - это работы по ядерным источникам энергии звезд. Тогда он шел по стопам Эддингтона, а зрелый плод всей деятельности достался Бете.
В космологии же у него не было "ядерных" предшественников; он начал первым и все довел до конца. А в награду за смелую и изящную идею получил самое лучшее, что только мог ожидать, - известие об открытии предсказанного им реликтового излучения.
Основа теории Гамова - картина расширяющейся Вселенной, построенная его учителем Фридманом. По Фридману, вначале был взрыв. Он произошел одновременно и повсюду во Вселенной, заполнив пространство очень плотным веществом, из которого через миллиарды лет образовались наблюдаемые тела Вселенной - Солнце, звезды, галактики и планеты, в том числе Земля и все что на ней. Гамов добавил к этому, что первичное вещество мира было не только очень плотным, но и очень горячим.
Удивительно, но факт: сам Гамов считал, что идея горячего начала мира принадлежит не ему, а Фридману. Не трудно, однако, убедиться, что в обеих космологических работах Фридмана нет ни слова о температуре ранней Вселенной. Скорее всего, в окружении Фридмана идея высокой температуры в самом начале космологического расширения при высокой плотности вещества считалась естественной и даже тривиальной. В конце концов, не даром же "при расширении тела охлаждаются, а при сжатии нагреваются", как сказано в нашем любимом школьном учебнике физики.
Идея Гамова состояла в том, что в горячем и плотном веществе ранней Вселенной происходили ядерные реакции, и в этом ядерном котле за несколько минут были синтезированы все химические элементы, из которых и состоит теперь все на свете.
Расчеты ядерных превращений в условиях расширяющейся космической среды требовали немалых усилий, и Гамов привлек к ним своих аспирантов Ральфа Альфера и Роберта Хермана - талантливых молодых людей (из семей с российским корнями, между прочим). Первая публикация, подготовленная Гамовым и Альфером, появилась в печати в 1948 году под... тремя именами: Альфер, Бете, Гамов. Это, пожалуй, самая знаменитая шутка в истории физики. В уже готовый текст Гамов вписал имя Бете с пометкой "in absencia" (которая при дальнейшей обработке в редакции почему-то пропала). Так возникла работа, ставшая сразу же знаменитой под названием αβγ-теория.
Самым эффектным результатом этой теории стало предсказание космического фона излучения. Электромагнитное излучение должно было, по законам термодинамики, существовать вместе с горячим веществом в "горячую" эпоху ранней Вселенной. Оно не исчезает при общем расширении мира и сохраняется - только сильно охлажденным - и до сих пор. Гамов и его сотрудники смогли ориентировочно оценить, какова должна быть сегодняшняя температура этого остаточного излучения. У них получалось, что это очень низкая температура, близкая к абсолютному нулю. С учетом возможных неопределенностей, неизбежных при весьма ненадежных астрономических данных об общих параметрах Вселенной как целого и скудных сведениях о ядерных константах, предсказанная температура должна лежать в пределах от 1 до 10 Кельвинов. В 1950 году, в одной научно-популярной статье (Physics Today, No. 8, стр. 76) Гамов объявил, что скорее всего температура космического излучения составляет примерно 3 Кельвина.
Прошло 15 лет, и американские радиоастрономы Арно Пензиас и Роберт Вилсон открыли космический фон излучения и измерили его температуру: она оказалась равной 3 Кельвинам! Это было самое крупное открытие в космологии со времен открытия Эдвином Хабблом в 1929 году общего расширения Вселенной (предсказанного Фридманом в 1922-24 гг.).
Пензиас и Вильсон ничего не знали о теории Гамова. В их первой статье нет ни слова о космологии. Не только они, радио-инженеры по исходной специальности, но и многие физики и астрономы в США далеко не сразу уяснили настоящий смысл открытия. И тем более далеко не все понимали, что открыто именно то, что предсказывали Гамов и его ученики. Среди отечественных специалистов никаких сомнений не было с самого начала; Я.Б. Зельдович, даже еще не дождавшись самой статьи, только зная о ней "по слухам", сразу сказал: Доказано горячее начало Вселенной, а холодная Вселенная (его собственная гипотеза) была ошибкой.
В американском научном сообществе было немало споров, иногда принимавших, как рассказывают, крутой оборот; биться было за что. Гамову оставалось три года жизни, и он успел победить в этих спорах и столкновениях. На Техасском симпозиуме 1967 года в Нью-Йорке все, кажется, стало на свои места, и Гамов принимал поздравления коллег, праздновал успех. Увы, советские участники конференции, которым все давно уже было ясно, победителя не поздравляли и вообще не входили с ним в личный контакт (если не считатать одного из них, имя которого вряд ли заслуживает упоминания здесь). По их впечатлению, Гамов был к концу симпозиума, как говорится, не то чтоб очень пьян, но весел бесконечно.
Через десять лет после его смерти Пензиас и Вилсон получили Нобелевскую премию. Эту премию разделил с ними П.Л. Капица; их работы объединили по признаку низких температур.
С открытием реликтового излучения в космологии начался настоящий расцвет, который (с некоторыми перебоями) продолжается уже почти четыре десятилетия. Интенсивная работа, в которой участвовали фактически чуть ли не все ведущие физики и астрономы, а также и молодые активно работающие теоретики и наблюдатели во всем мире, быстро привела к созданию на основе идей Гамова и новых наблюдательных данных весьма полной и надежной космологической теории, которая называется сейчас теорией горячей Вселенной; на Западе предпочитают другое название - теория Большого Взрыва. Прежде всего, было выяснено, что в космическом котле могли быть созданы не все элементы таблицы Менделеева (как мечталось Гамову), а только самые легкие из них, и больше всего - до 25% по массе - гелия-4. Тяжелые же элементы синтезируются позднее при эволюции звезд и взрывах сверхновых.
Что же касается космического излучения, то у нас его называют реликтовым (по предложению И.С. Шкловского), а на Западе - микроволновым. Оно стало сейчас, в начале 21-го века годы, предметом самого пристального изучения с помощью наземных радиотелескопов и аппаратуры, выносимой в космос. Реликтовое излучение - это удивительное и вместе с тем совершенно естественное космичесое явление - несет в себе сведения о физическом состоянии Вселенной в далеком прошлом, миллиарды и миллиарды лет назад. Его температура измерена сейчас с фантастической для космологии точностью - 2,732 Кельвинов. Для изучения его пространственной (угловой) структуры (установившейся после полумиллиона лет от начала космологического расширения) используются сейчас приборы, которые имеют точность в десятитысячные доли процента. Именно на одном из таких аппаратов, который называется Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), в 2003 г. удалось точнее всего измерить долю эйнштейновско-глинеровского вакуума в полной энергии мира. Еще один удивительный результат, основанный на данных WMAP, - указание на конечный размер Вселенной: она имеет ораниченный объем и ее нынешний радиус составляет несколько миллиардов световых лет! Если этот вывод, сделанный парижским математиком Ж.-П. Люмине и его соавторами в том же 2003 году, подтвердится дальнейшими исследованиями, это будет грандиозное открытие, значение которого ясно каждому.
И это далеко не все, о чем способно рассказать нам реликтовое излучение. На очереди новые космические проекты наблюдений и среди них особенно крупный и дерзкий по замыслу, PLANCK, нацеленный на получение прямых объективных данных о самых первых мгновениях Большого Взрыва (по измерениям поляризации фона).
Похожие работы
... инерциальных системах отсчета. Пространственно-временной континуум – неразрывная связь пространства и времени и их зависимость от системы отсчета. Тема 11. Основные концепции химии 1. Химия как наука, ее предмет и проблемы Важнейшим разделом современного естествознания является химия. Она играет большую роль в решении наиболее актуальных и перспективных проблем современного общества. К ...
... ней доминируют реакции водородного цикла. Температура звезды определяется ее массой и степенью гравитационного сжатия, которому противостоит главным образом световое давление. Звезда образует относительно устойчивую колебательную систему, ее периодические слабые сжатия и расширения определяют звездные циклы. По мере выгорания водорода в центре звезды, ее гелиевое ядро остывает, а зона протекания ...
... как убедились они с Рози (Франклин. - В.Р.) рентгенографические данные явно подтверждают существование двойной спирали". В мае 1953 г. вышла первая статья о двойной спирали ДНК. "Полинг впервые услышал о двойной спирали от Дельбрюка. Полинг, как и Дельбрюк, был сразу же покорен. ... Открытие двойной спирали принесло нам не только радость, но и облегчение. Это было невероятно интересно и сразу ...
... ранняя история, т.е. что она действительно эволюционирует. Этапы эволюции горячей Вселенной, неоднозначность сценария. Антропный принцип Космология – раздел астрофизики, изучающий строение и эволюцию Вселенной в целом. Современная космология возникла в начале XX века. Данные астрофизических наблюдений показывают, что крупнейшими структурными единицами Вселенной являются большие скопления и ...
0 комментариев