Книга Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики - Кэти Мак

Могу предположить, что в этот момент Пензиасу пришлось присесть, поскольку он вдруг осознал, что они с Вильсоном оказались первыми людьми, фактически увидевшими Большой взрыв. Он взял двухдневную паузу, поговорил со своим коллегой, а затем позвонил Роберту Дике, который тут же повернулся к Пиблсу и Уилкинсону и сказал: «Нас обскакали».

И действительно, Пензиас и Вильсон получили Нобелевскую премию в 1978 году за первое наблюдение того, что получило название космического микроволнового фонового излучения (или реликтового излучения)[18].

Космическое микроволновое фоновое излучение, или КМФИ, стало одним из самых важных инструментов для изучения истории Вселенной. Трудно переоценить его значение как в качестве набора астрономических данных, так и в качестве технологического достижения. Благодаря ему мы теперь можем собирать и анализировать данные о свечении горячего раннего космоса и составлять карты на их основе. Первым делом открытие КМФИ полностью подтвердило гипотезу о том, что ранняя Вселенная представляла собой один огромный пылающий адским жаром шар.

Но как мы можем быть уверены, что фоновое излучение, которое мы обнаруживаем, на самом деле исходит от изначального огненного шара, а не, скажем, от какого-то странного далекого скопления звезд или чего-то другого? Судя по всему, неопровержимым доказательством является световой спектр, отражающий зависимость степени яркости излучения от его частоты.

Представьте, что вы помещаете кочергу в разожженный камин и ждете, пока она начнет светиться красным. Это красное свечение не принадлежит к свойствам самого металла, а представляет собой явление, происходящее с телом, которое нагревается, но не загорается. Такое свечение называется тепловым излучением, и его цвет зависит только от температуры. Если тело светится синим, оно горячее тела, которое светится красным. На самом деле, если бы вы видели в инфракрасном спектре, вы могли бы наблюдать тепловое излучение, исходящее от людей, горячей еды и нагретых солнцем тротуаров. Тело человека излучает в низкочастотной части инфракрасного диапазона, поскольку оно намного холоднее открытого пламени (если, конечно, дела у этого человека не совсем плохи).

Однако испускаемое телом излучение не ограничивается видимым светом. Все излучающие свет тела, кроме лазеров, испускают волны различных частот (или цветов), при этом цвет, воспринимаемый глазом, соответствует наиболее интенсивному свету. (Вот почему лампы накаливания горячие на ощупь: несмотря на то что большая часть испускаемого ими света относится к видимому спектру, они также излучают в инфракрасном диапазоне, что заставляет их нагреваться)[19]. Для всех видов теплового излучения, в том числе для того, которое испускается раскаленной кочергой, человеческим телом и голубым пламенем конфорки газовой плиты, сохраняется одна и та же взаимосвязь между интенсивностью света и частотой. В зависимости от температуры тела наиболее яркий свет будет соответствовать пиковой длине волны, а по обе стороны от пика свет будет быстро тускнеть. Построив график зависимости интенсивности излучения от длины волны, мы получим кривую, описывающую характер излучения абсолютно черного тела, воспроизводимую всеми телами, которые светятся в результате нагревания[20]. Оказалось, что при измерении интенсивности космического микроволнового фонового излучения на разных частотах получается самая точная кривая излучения черного тела из когда-либо полученных в природе. Единственным объяснением является то, что сама Вселенная когда-то была очень горячей.

Согласно легенде, когда этот результат был впервые представлен в виде графика на одной из конференций, аудитория буквально взорвалась аплодисментами. Отчасти такой энтузиазм был обусловлен тем, что измерение оказалось чрезвычайно впечатляющим и точным, а также идеально вписывающимся в теорию (что всегда бывает очень приятно). Однако я совершенно уверена, что другой причиной было осознание людьми того, что они фактически наблюдают Большой взрыв. Лично меня это поражает до сих пор.

Реликтовое излучение не только представляет собой удивительное явление, но и дает нам возможность узнать о первых мгновениях жизни Вселенной и ее эволюции. Кроме того, оно предоставляет нам некоторые подсказки о том, к чему все идет, как мы увидим в следующих главах.

Однако если вы составите карту реликтового излучения, на которой цветом будет обозначена разница температур в различных областях неба, она может показаться вам довольно скучной из-за практически полного отсутствия цветовых вариаций. Тем не менее, обнаруживаемые мельчайшие отклонения могут многое нам рассказать. Если увеличить контрастность, карта КМФИ превратится в пятнистое полотно, напоминающее абстрактную картину, нарисованную в стиле пуантилизма огромной кистью размером с полную Луну, если смотреть на нее с Земли. Пятна одного цвета скапливаются в определенных местах, а в других смешиваются с пятнами другого цвета. При этом некоторые пятна оказываются чуть более красными, а некоторые – чуть более синими[21]. Цветовые вариации показывают те места, где бурлящая первичная космическая плазма была чуть холоднее или горячее из-за незначительной разницы в плотности, – плотность в каждой точке отклоняется от среднего значения не более чем на одну стотысячную. (Чтобы представить, сколько это, вылейте в бассейн банку с газировкой).