Научный взгляд на устройство вселенной
жүктеу/скачать 8,11 Mb. Pdf көрінісі
|
knocking on
| ускорение
расширения, оказалась примерно на порядок больше, чем та, что предлагал сам Эйнштейн, чтобы просто стабилизиро- вать Вселенную. Расширение Вселенной — прекрасный пример слияния похо- дов «сверху вниз» и «снизу вверх» в физике. Теория гравитации Эйнштейна подразумевала, что Вселенная должна расширяться, но лишь с экспериментальным открытием этого расширения фи- зики почувствовали себя на верном пути. Сегодня мы называем число, определяющее скорость расши- рения Вселенной в настоящее время, постоянной Хаббла . Это по- стоянная величина в том смысле, что местное расширение в лю- бой точке пространства идет с одинаковой скоростью. Однако параметр Хаббла не постоянен во времени. В прежние времена, когда Вселенная была более горячей и плотной, а гравитационные эффекты в ней проявлялись сильнее, она расширялась намного быстрее, чем сегодня. Точно измерить постоянную Хаббла очень сложно, потому что мы сталкиваемся здесь с той самой проблемой, которую под- нимали и раньше, — проблемой различения прошлого и настоя- щего. Нам нужно знать, как далеко от нас находятся галактики, испытывающие красное смещение, поскольку красное смещение определяется скоростью, а она связана с расстоянием через ко- эффициент в виде постоянной Хаббла. Именно связанные с этим неточные измерения были причиной двукратного занижения возраста Вселенной, о котором я говорила в начале этой главы. Неопределенность при оценке параметра Хаббла была примерно такой же, как и неопределенность возраста Вселенной. Это противоречие к настоящему моменту практически разре- шено. Параметр Хаббла измерен Венди Фридман из Гарвард-Смит- соновского центра астрофизики, так что скорость удаления галак- тики, отстоящей от нас на миллион световых лет, составляет при- мерно 22 км / сек. На основании этой величины мы теперь знаем, что возраст Вселенной составляет около 13,75 млрд лет. Погреш- ность в определении возраста все еще может составлять 0,2 млрд 436 МАСШТАБИРОВАНИЕ ВСЕЛЕННОЙ лет, но ошибиться вдвое мы уже не можем. Оставшаяся неопреде- ленность тоже может показаться очень большой, но на самом деле получившийся диапазон достаточно узок, чтобы сегодня практи- чески не влиять на наши представления об окружающем мире. Теорию Большого взрыва подтвердили и еще два принципи- ально важных класса наблюдений, результаты которых прекрасно совпадают с ее предсказаниями. Один класс измерений основан одновременно на физике элементарных частиц и предсказаниях общей теории относительности и потому подтверждает то и дру- гое одновременно; речь идет об измерении плотности различных элементов, таких как гелий и литий, в космосе. Относительное количество этих элементов, предсказанное теорией Большого взрыва, совпадает с реально измеренным. Это в некотором роде косвенное доказательство, так как для вычисления этих плот- ностей необходимы сложные и подробные расчеты, основанные на ядерной физике и космологии. Несмотря на это, случайное совпадение реально обнаруженного множества разных элемен- тов с предсказанной маловероятно, и, скорее всего, это означает, что физики и астрономы на верном пути. Когда американские ученые Роберт Уилсон и Арно Пензиас в 1964 г. случайно обнаружили фоновое микроволновое излуче- ние с температурой 2,7 K, их открытие стало новым подтверж- дением теории Большого взрыва. Чтобы вы могли представить, что это за излучение, скажу, что ничего не может быть холоднее абсолютного нуля — нуля градусов по Кельвину. Фоновое излуче- ние Вселенной теплее абсолютного нуля менее чем на три градуса. Сотрудничество и приключения Роберта Уилсона и Арно Пен- зиаса (за которые они в 1978 г. были удостоены Нобелевской пре- мии) — прекрасный пример того, как фундаментальная наука и технологии иногда объединяют усилия и достигают результата, которого никто не мог предугадать. В давние времена, когда фир- ма AT&T еще была в Америке телефонным монополистом, она сделала замечательную вещь — основала Лабораторию Белла, знаменитую Bell Labs, выдающийся исследовательский центр, где бок о бок проводятся фундаментальные и прикладные иссле- дования. ВСЕЛЕННАЯ НАИЗНАНКУ 437 В этой лаборатории работали и Роберт Уилсон — изобрета- тель всевозможных хитрых устройств, и Арно Пензиас — уче- ный. Оба они пользовались радиотелескопами и вместе работали над их усовершенствованием. Уилсон и Пензиас интересовались наукой и техникой, фирма AT&T, что понятно, интересовалась телекоммуникациями, поэтому радиоволны в небе представляли интерес для всех без исключения. Преследуя конкретную радиоастрономическую цель, Уилсон и Пензиас обнаружили одну особенность, которую поначалу соч- ли просто необъяснимой помехой. Это был однородный фоновый шум, похожий на шум ненастроенного радиоприемника. Он не ис- ходил от Солнца и не имел отношения к недавним ядерным испы- таниям. Девять месяцев ученые пытались понять, что происходит, опробовав за это время все мыслимые и немыслимые объяснения (включая предположение о том, что антенны загрязнены голуби- ным пометом). Они проверили все, что пришло в голову, отчисти- ли антенну от помета (или «белого диэлектрического вещества», как именовал его Пензиас) и даже перестреляли всех голубей в округе, но шум не уходил. Уилсон рассказывал мне, что свое открытие они совершили в очень подходящее время. Сами они ничего не знали о Большом взрыве, но Роберт Дик и Джим Пиблз из Принстонского универ- ситета знали. Тамошние физики поняли, что одним из следствий теории Большого взрыва должно быть реликтовое микроволновое излучение. Они как раз готовили эксперимент, который должен был бы измерить это излучение, когда обнаружили, что дело уже сделано учеными из Лаборатории Белла, которые пока сами не по- няли, что открыли. К счастью для Пензиаса и Уилсона, астроном из Массачусетского технологического института Берни Берк знал и о принстонских исследованиях, и об открытии Пензиаса и Уил- сона. Он и довел дело до результата — «состыковал» все заинтере- сованные стороны. Вообще, вся эта история — прекрасный пример науки в дей- ствии. Исследования проводились с конкретной научной целью, которая могла принести и какие-то дополнительные бонусы — и технические, и научные. Астрономы не искали того, что нашли, 438 МАСШТАБИРОВАНИЕ ВСЕЛЕННОЙ но обладали высочайшей технической и научной квалификацией. Обнаружив что-то неожиданное, они и не подумали просто отбро- сить неудобные данные. Их исследование привело к открытию, имевшему огромные последствия, а успеха они достигли потому, что кроме собственной локальной цели держали в голове и всю научную картину мира. Так случайное открытие ученых навсегда изменило космологическую науку. Реликтовое космическое излучение оказалось полезнейшим инструментом — оно не только подтвердило теорию Большого взрыва, но и превратило космологию в точную науку. Космиче- ское микроволновое фоновое излучение дало нам возможность совершенно по-новому увидеть прошлое Вселенной. В прошлом астрономы наблюдали объекты в небе, пытались определить их возраст и восстановить их эволюционную историю. Сегодня при помощи реликтового излучения ученые могут загля- нуть жүктеу/скачать 8,11 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|