Микроволновое реликтовое излучение

В то же время Гамовым овладела другая идея: если Большой Взрыв
был так невообразимо горяч, то, возможно, часть его остаточно-
го «жара» все еще циркулирует во Вселенной. Если так, то этот
жар предоставил бы «ископаемую запись» о Большом Взрыве.
Возможно, интенсивность Большого Взрыва была настолько невооб-
разимой, что Вселенная до сих пор наполнена однородной туманнос-
тью его излучения.

В 1946 году Гамов предположил, что Большой Взрыв — это взрыв
сверхгорячего ядра нейтронов. То было вполне разумное предполо-
жение, поскольку о других субатомных частицах (помимо электрона,
протона и нейтрона) известно было очень мало. Гамов понял, что
если бы он смог оценить температуру нейтронного шара, то смог бы
подсчитать количество и природу излучения, которое тот испускал.
Через два года Гамов доказал, что излучение этого сверхгорячего
ядра действовало бы как «излучение абсолютно черного тела». Это
совершенно особый вид излучения, отдаваемого горячим объектом:
свет, падающий на него, объект поглощает полностью, испуская из-
лучение особым образом. Например, Солнце, расплавленная лава,
горячие угли в огне и горячая глина в печи светятся желто-красным
и испускают излучение «абсолютно черного тела». (Излучение аб-
солютно черного тела было впервые открыто известным фабрикан-
том фарфора Томасом Веджвудом в 1792 году. Он заметил, что при
обжиге в печи свежеизготовленных изделий они меняют свой цвет
от красного к желтому, затем к белому по мере того, как повышается
температура.)

Это важный момент, поскольку, зная цвет горячего объекта, при-
мерно знаешь его температуру, и наоборот. Точная формула, связы-
вающая температуру горячего объекта и испускаемого им излучения,
была впервые получена Максом Планком в 1900 году, что привело
к рождению квантовой теории. (Это, по сути, одна из теорий, при
помощи которой ученые определяют температуру Солнца. Солнце
излучает в основном желтый цвет, что соответствует температуре
абсолютно черного тела в 6000°К. Таким образом, нам известна
температура внешних слоев атмосферы Солнца. Подобным образом
рассчитывалась температура поверхности красной звезды-гиганта

Бетельгейзе — 3000°К, — температура абсолютно черного тела,
соответствующая красному излучению: такую температуру имеет
раскаленный кусок угля.)

В своей работе 1948 года Гамов впервые предположил, что излуче-
ние Большого Взрыва может иметь характерную особенность — это
излучение абсолютно черного тела. Важнейшей характерной особен-
ностью излучения абсолютно черного тела является его температура.
Теперь Гамову необходимо было вычислить температуру излучения
абсолютно черного тела.

Аспирант Гамова Ральф Альфер и другой ученик, Роберт Херман,
попытались завершить расчеты Гамова, вычислив точную темпера-
туру излучения. Гамов написал: «Экстраполируя от первых дней
Вселенной до настоящего времени, мы обнаружили, что за про-
шедшие эпохи Вселенная должна была охладиться до температуры
5 градусов выше абсолютного нуля».

В 1948 году Альфер и Херман опубликовали работу, где были
представлены аргументы в пользу того, что температура излучения,
сохранившегося после Большого Взрыва, сегодня должна составлять
5 градусов выше абсолютного нуля (их оценка была поразительно
близка к той цифре, которая известна нам сейчас — 2,7 градуса
Кельвина). Они постулировали, что излучение, которое они опреде-
лили как излучение микроволнового диапазона, должно до сих пор
циркулировать по Вселенной, наполняя космос однородным «по-
слесвечением».

(Аргументация следующая. В течение многих лет после Большого
Взрыва температура Вселенной была настолько высока, что всякий
раз, когда образовывался атом, его снова разрывало на части; поэто-
му образовалось множество свободных электронов, которые и могут
рассеивать свет. Таким образом, Вселенная была темной, не прозрач-
ной. Любой луч света, двигающийся в этой сверхгорячей Вселенной,
поглощался, пройдя короткое расстояние, поэтому Вселенная вы-
глядела облачной. Однако через 380 ООО лет температура упала до
3000 градусов. При более низкой температуре атомы уже, сталки-
ваясь, больше не разрывались. В результате стало возможным фор-
мирование устойчивых атомов, а лучи света смогли перемещаться
в течение световых лет, не будучи поглощенными. Таким образом,
впервые пустое пространство стало прозрачным. Излучение же,

которое больше не поглощалось сразу же, как только возникло, про-
должает циркулировать во Вселенной и в наши дни.)

Когда Альфер и Херман показали Гамову свои окончательные
расчеты температуры Вселенной, их учитель был разочарован.
Температуру настолько низкую измерить было чрезвычайно трудно.
Гамову понадобился целый год, чтобы в конце концов согласиться
с тем, что их расчеты верны. Но он отчаялся когда-либо измерить
столь слабое поле излучения. Приборами 1940-х годов безнадежно
было измерять слабое эхо Большого Взрыва. (В более поздних вы-
числениях, отталкиваясь от неверного предположения, Гамов поднял
температуру излучения до 50 градусов.)

Они прочитали цикл лекций для популяризации своей теории.
Но, к несчастью, их пророческие выводы были проигнорированы.
Альфер писал: «Мы потратили уйму энергии на лекции о нашей ра-
боте. Никто не клюнул; никто не сказал, что температура может быть
измерена... И вот где-то в период с 1948 по 1955 год мы, наверное,
сдались».

Непоколебимый Гамов благодаря своим лекциям и книгам стал ве-
дущей фигурой в области теории Большого Взрыва. Но он встретил
достойного соперника — яростного противника его взглядов. Гамов
был способен очаровать слушателей шутками и остротами, зато Фред
Хойл мог потрясти слушателей ослепительным блеском своего крас-
норечия и агрессивной дерзостью.