Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

Интересным (но немного грустным) будет отметить, что немалые шансы оказаться первыми были у наших ученых. Сотрудник Пулковской обсерватории Шмаонов (вместе с колле­гами Хайкиным и Кайдановским) еще в 1956 году регистрировал излучение, распределение яркости по небу которого не зависело от зенитного угла. Однако это открытие было проигнорировано. В 1964 году А.Г. Дорошкевич и И.Д. Новиков вычислили диапа­зон длин волн, в котором яркость реликтового излучения должна быть максимальна, — и, следовательно, искать надо было имен­но в этом диапазоне. Но и данная работа тоже была оставлена без внимания.

Таким образом, экспериментаторы и теоретики в нашей стра­не просто не услышали друг друга. Пензиасу и Вилсону, как ви­дим, повезло больше.

И Нобелевская премия 1978 года, врученная им за это от­крытие, оказалась не последней, «уплывшей» из рук наших уче­ных — причем не последней именно в области исследования ре- ликтового излучения! Но об этом — немного позже.

Георгий же Гамов до вручения Нобелевской премии за релик­товое излучение просто не дожил. Он умер в 1968 году...

328

Итак, помимо «хаббловских» скоростей галактик в «копилке» теории нестационарной Вселенной оказалось еще два весьма ве­сомых аргумента: наблюдаемое обилие легких элементов, очень хорош° объясняемое первичным нуклеосинтезом, и реликтовое излучение, заполняющее собой всю Вселенную и в высшей сте­пени однородное.

Однако проблем у теории нестационарной Вселенной тоже оставалось хоть отбавляй. Более того, новые факты, с одной сто­роны, подтверждали теорию, с другой — поднимали новые во­просы.

Во-первых, так и не решенной оставалась проблема происхо­ждения наблюдаемого поля хаббловских скоростей, т. е. природа того самого Первоначального Толчка.

Во-вторых, загадку представляла уже упомянутая высочай­шая степень изотропии реликтового излучения — полная, каза­лось бы, его независимость от направления на небе. Ведь ника­ких отклонений от изотропии в то время (и долгое время спустя, кстати) обнаружено не было.

С одной стороны, это является очень сильным доказатель­ством однородности и изотропности Вселенной на больших мас­штабах и подтверждением правомочности использования ме­трики Фридмана для описания нашей Вселенной в целом.

С другой стороны — непонятно. Ведь существует такое по­нятие, как «размер причинно-связанной области». Причиной возникновения данного понятия является конечность скорости света — таким образом, две точки (или два участка) на некото­ром расстоянии друг от друга могут быть причинно-связанными к текущему моменту только в том случае, если промежутка вре­мени с момента рождения Вселенной до данного момента им бы хватило, чтобы обменяться световыми сигналами. Тогда эти два Участка могут иметь одинаковые характеристики — например, Плотность и температуру.

Легко понять, что максимальный размер причинно-связанной области задается просто расстоянием, которое успел пройти свет Момента рождения Вселенной. На языке космологии данный

329

максимальный размер называется «горизонтом частиц», в ка­честве другого (полностью эквивалентного) определения «гори­зонта частиц» используется расстояние до самых далеких объ­ектов, теоретически доступных до наблюдения в данный момент времени.

Сделаем небольшую ремарку. Не следует думать, что размер «горизонта частиц» равен просто скорости света, умноженной на время. Данное мнение встречается часто — даже в устах неплохо вроде бы разбирающихся в науке людей. По крайней мере фра­зы вида «возраст Вселенной составляет около 15 млрд св. лет — следовательно, расстояние до самого далекого объекта, который мы способны в принципе увидеть, равно примерно 15 млрд лет» один из авторов данной книги, пишущий сейчас эти строки, слы­шал не раз и не два.

На самом деле формула «скорость умножить на время» была бы справедлива в случае стационарной Вселенной — а так как наша Вселенная расширяется, для расчета «горизонта частиц» используются другие формулы, формулы ОТО. Причем тут не­обходимо учитывать еще и стадию расширения Вселенной — про эти стадии мы расскажем чуть ниже.

В качестве примера — для актуальной сегодня модели Вселенной ее возраст составляет 13 с лишним миллиардов лет, а размер (диаметр) «горизонта частиц» — немногим более 90 млрд св. лет.

Таким образом, на момент рекомбинации, когда фотоны ре­ликтового излучения получили возможность свободно распро­страняться по Вселенной, размер «горизонта частиц» состав­лял примерно 900 тыс. св. лет. На небе такой участок (учитывая промежуток времени, прошедшего с тех пор) занимает размер около 2 угловых градусов. И в пределах данного «пятнышка» температура реликтового излучения могла быть одна и та же, это понятно и ожидаемо. Но, если мы рассмотрим два таких пятна, разделенных угловым расстоянием, например, в ю гр^а' дусов, — то вообще-то температура там могла быть одинакова разве что по случайному совпадению. А как мы уже сказали»

330

реликтовое излучение оказалось изотропно вообще по всему небу-

Эта проблема получила название «проблемы горизонта».