Белые карлики. Будущее Вселенной

В первой половине 1950-х гг. предсказания космического фонового излучения повторялись еще несколько раз, но потом как-то исчезли из научной литературы. В середине 1950-х гг. Георгий Гамов увлекся расшифровкой генетического кода и практически забыл об астрофизике. Тогда же Альфер и Герман перешли на работу в промышленные корпорации и тоже оставили фундаментальную науку. В космологии в это время вошла в моду концепция стационарной Вселенной, выдвинутая в конце 1940-х гг. Фредом Хойлом и его коллегами по Кембриджскому университету Германом Бонди и Томасом Голдом. В их модели, речь о которой впереди, Вселенная считалась вечной, что исключало гипотезу Большого взрыва. И наконец, во второй половине 1950-х гг. были разработаны основы современной теории звездного нуклеосинтеза, блестяще объяснившей рождение элементов тяжелее гелия в звездных ядрах. В итоге исследования Гамова и его сотрудников были сочтены анахронизмом и почти забыты.

Однако в 1964 г. ситуация изменилась. К этому времени в Принстонском университете несколько лет работала группа по изучению гравитации, созданная Робертом Дикке. В противоположность большинству физиков того времени, он очень удачно совмещал таланты экспериментатора и теоретика. В 1941–1946 гг. он работал в Лаборатории излучений (Radiation Laboratory) Массачусетского технологического института, где занимался радиолокаторами и сконструировал оригинальный прибор для измерения плотности микроволнового излучения (радиометр Дикке). В 1946 г. Дикке и трое его коллег подсоединили радиометр к небольшой антенне, выполненной в виде рупора с прямоугольным сечением (такая антенна при вертикальной ориентации раструба хорошо отсекает от приемника электромагнитные волны, приходящие с земной поверхности). Участники эксперимента провели пробные измерения космического лучевого фона на частоте порядка 30 ГГц (что соответствует длине волны в 1 см). После анализа результатов они пришли к выводу, что интенсивность «излучений от космической материи», как они их назвали, очень мала, а их температура не превышает 20 K. В ретроспективе можно допустить, что команде Дикке тогда удалось отловить следы реликтового излучения. Более того, вполне вероятно, что, если бы Дикке повысил чувствительность своего радиометра и использовал антенну большего сечения и лучший волновод, ему уже через какую-то пару лет удалось бы достаточно надежно детектировать микроволновой фон Большого космоса. Однако в том же 1946 г. Дикке перешел в Принстонский университет, где через 11 лет стал профессором физики, а позднее и деканом физфака. В Принстоне его исследовательские интересы сдвинулись в область изучения тяготения, и эксперименты с радиометром надолго остались без продолжения.

В 1961 г. Дикке вместе со своим студентом Карлом Брансом разработал оригинальную теорию гравитации, которая довольно долго считалась небезынтересной альтернативой эйнштейновской ОТО. На ее основе он пришел к концепции Вселенной, которая не имеет ни начала, ни конца, но постоянно осциллирует между сменяющими друг друга фазами расширения и сжатия. При этом, согласно Дикке, каждый цикл начинается со сверхплотного состояния материи, нагретой не менее чем до десятков миллиардов кельвинов. Так что по Дикке, как и по Гамову, начало Вселенной было очень горячим, только не однократным, а повторяющимся. При этом Дикке, по его собственному признанию, в то время ничего не знал о работах гамовской группы.

Обдумывая свою модель, Дикке вполне закономерно пришел к идее фонового излучения чернотельного типа, которое возникло в эпоху максимального нагрева Вселенной и сохранилось до наших дней в сильно охлажденном виде. В 1963 г. Дикке на базе весьма приближенных подсчетов оценил его температуру в 40 K. Годом позже к сотрудничеству были привлечены радиофизики Дэвид Вилкинсон и Питер Ролл, которые спроектировали и построили радиометр для измерения температуры излучения. Вместе с ними Дикке выполнил серию измерений фоновой яркости неба в этом диапазоне. Летом 1964 г. он поручил своему бывшему студенту Джеймсу Пиблзу проверить, как полученные результаты согласуются с различными космологическими моделями. Пиблз в то время тоже слыхом не слыхал о гамовской теории и к тому же не особенно верил в саму идею осциллирующей Вселенной. Однако он с энтузиазмом взялся за поставленную Дикке задачу и через несколько месяцев получил оценку для современного значения температуры фонового излучения в 10 K.