Люди мира. Русское научное зарубежье

Именно распространенность химических элементов во Вселенной стала для Гамова отмелью в бездонном и почти безжизненном тогда океане космологии. В 1930–1940 годы многим астрономам мертвой казалась и сама космология Эйнштейна — Фридмана. Дело в том, что расширение Вселенной как наблюдательный астрономический факт впервые обнаружил в 1927 году Жорж Леметр. Но измерение скорости расширения, основанное на многоступенчатой шкале межгалактических расстояний, давало возраст Вселенной всего в два миллиарда лет, что слишком мало. Некоторые звезды, и даже Земля, согласно геохронологии, оказывались старше Вселенной. Лишь в 1950-е годы, после уточнения-удлинения шкалы расстояний, эта неувязка исчезла.

В первой статье Гамова по космологии 1946 года есть ссылка на книгу по геохимии, откуда он взял данные о распространенности элементов. Он надеялся теоретически объяснить происхождение химических элементов во Вселенной. В то время считалось, что нынешняя пропорция элементов зафиксировалась в некий ранний момент расширения Вселенной, когда — из-за уменьшения плотности и охлаждения — активные ядерные реакции прекратились. А до того момента, как полагали, имелось ядерно-тепловое равновесие между разными ядрами. Однако равновесные расчеты, вопреки данным геохимии, давали ничтожную долю тяжелых элементов.

Гамов предположил иной — неравновесный — сценарий: в быстро расширяющейся горячей Вселенной из первичного чисто нейтронного вещества при уменьшении плотности начинают образовываться протоны, к которым последовательно прилипают нейтроны, создавая все более тяжелые ядра, пока расширение Вселенной не остановит этот процесс. Он задал содержательный физический вопрос по поводу происхождения Вселенной: каковы были условия в начале расширения, во время Большого взрыва, если его «осколками» стали разные химические элементы в наблюдаемой пропорции? Ответ на этот вопрос Гамов предложил искать в горячем котле взрывающейся Вселенной, в котором варились элементы. Он понял, что вариться они должны были очень быстро, поскольку «вселенский котел» стремительно расширялся и — соответственно — остывал. С космологическим варевом разобраться оказалось непросто, но, независимо от результатов варки, от того горячего времечка, как сообразил Гамов, должно было остаться тепло, распределенное по всему вселенскому пространству, и он предсказал температуру этого теплового излучения.

Идея Гамова оказалась очень плодотворной, хотя и ошибочной. Ошибочной, потому что последовательное добавление нейтронов во вселенском котле обрывается очень рано — не существует устойчивых ядер с массой 5 единиц. А плодотворной стала сама возможность неравновесной физики.

Теоретики предполагали равновесие, в сущности, по той же причине, по которой потерянные ключи ищут под фонарем — там легче искать. Но лучше все же сообразить, где именно ключи могли выпасть, и искать там, хотя бы и на ощупь. Поэтому условия ранней Вселенной лучше не постулировать «для простоты», а извлечь из них следствия, которые после сравнения с наблюдениями скажут нечто о процессах в начале космологического расширения. Так впоследствии получили соотношение легких элементов космологического происхождения — водорода и гелия, подтвердив предположение Гамова о том, что ранняя Вселенная была горячей.

Первыми же пользу из идеи неравновесности извлекли главные оппоненты Гамова — сторонники так называемой стационарной космологии, которые основывались на неизвестной (пока) физике, согласно которой вещество якобы рождается в пустом пространстве из ничего и неизвестно (пока) почему. Но зато эти «нефизические» космологи могли надеяться лишь на то, что тяжелые элементы рождаются в котлах внутризвездных, по законам самой обычной физики. И им удалось создать теорию рождения тяжелых элементов во взрывах звезд. Ныне это — общепринятое представление о происхождении основного вещества планет, включая элементы, необходимые для жизни. Без того чтобы взрывы первого поколения звезд в юной Вселенной произвели эти элементы, известная нам форма жизни была бы невозможна.

Однако сама стационарная космология не выдержала другого следствия идеи горячей Вселенной — космического реликтового излучения. Гамов и его сотрудники несколько раз оценивали температуру этого излучения, хотя и не для того, чтобы озадачить астрономов своим предсказанием. Они желали убедиться в разумности своего сценария: если получилась бы слишком высокая температура, сценарий пришлось бы забраковать. Забраковали его, как уже было сказано, по совсем другой причине, но фоновое космическое излучение с его малой температурой незаметно жило своей жизнью и дождалось случайного открытия в 1965 году!