Парадоксы большого взрыва

Теория возникновения Вселенной в результате Большого взрыва весьма популярна и имеет множество сторонников. Считается, что эту теорию подтверждает существование реликтового излучения, за открытие и изучение которого были присуждены две Нобелевские премии: в 1978 году (Арно Пензиас и Роберт Вильсон из США) и в 2006 году (Джон Мэтер и Джордж Смут, тоже из США). Но является ли Большой взрыв и последующее развитие событий физической реальностью — до сих пор остаётся вопросом.

ЗАГАДКИ РЕЛИКТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
В 1928 году Александр Фридман построил модель «расширяющейся Вселенной». Теория предполагает, что Вселенная зародилась примерно 13,7 млрд лет назад после взрыва некоего сверхплотного яйца (иначе — точки сингулярности; условной точки пространства, содержащей бесконечное или очень большое количество энергии и материи). Взрыв сопровождался мощным выбросом элементарных частиц. Из этой «каши» протонов и электронов в дальнейшем образовались звёзды и галактики. Считается, что в младенческом возрасте температура Вселенной составляла около 3000оС, затем она постепенно падала, а сегодня лишь ненамного превышает абсолютный ноль. Интересно, что подобный сценарий возникновения Вселенной — взрыв Космического яйца упоминается в древнееврейской каббале, в древнекитайских мифах и в древнеегипетских «Текстах саркофагов».

Модель Фридмана предполагает, что эволюция Вселенной может идти двумя путями: либо бесконечное разбегание вещества от точки взрыва, либо смена в какой-то момент фазы расширения фазой сжатия вплоть до коллапса, когда Вселенная снова обратится в точку. Выбор пути зависит от критической плотности вещества мира. Если плотность выше некоторой величины, то происходит коллапс. Если меньше — то наши далёкие потомки всё так же будут наблюдать на небосклоне удаляющиеся друг от друга звёздные скопления.

Всего через год, в 1929-м, Эдвин Хаббл обнаружил «красное смещение» в спектрах далёких галактик — понижение частоты их излучения в зависимости от расстояния от Земли. Строго говоря, смещение спектра светимости далёких галактик в красную область было замечено пятнадцатью годами ранее американским астрономом В. Слайфером, однако именно Хаббл предположил, что смещение является следствием разбегания галактик, и сформулировал закон, получивший его имя. Согласно закону Хаббла, степень красного смещения удалённых объектов пропорциональна их расстоянию от наблюдателя. То есть, чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется. Эти величины связаны между собой коэффициентом — постоянной Хаббла. В каждый данный момент времени постоянная Хаббла одинакова для любой точки Вселенной. Однако ясно, что когда скорость разбегания замедлится — такое должно происходить по мере того, как Вселенная остывает, — коэффициент должен уменьшаться.

Гигантский начальный взрыв в модели «горячей Вселенной», очевидно, сопровождался мощным первичным излучением. Его следы непременно должны были сохраниться и обнаруживаться и теперь. Впервые предположение о существовании первичного излучения высказал американский физик, эмигрант из России Георгий Гамов. Сразу же точности ради следует отметить, что само название — «реликтовое излучение» — придумал член-корреспондент АН СССР И. Шкловский.

В 50-х годах прошедшего века инженер Т. Шмаонов, испытывая радиоантенну новой конструкции, обнаружил странные сигналы из космоса на длине волны около 3 см, о чём сообщил в статье, опубликованной в журнале «Приборы и техника эксперимента». Статью эту астрофизики не заметили, поскольку журнал для них был непрофильным. Тем не менее, как очень скоро подтвердилось, Шмаонов был первым, кто «услышал» именно реликтовое излучение (см. «Наука и жизнь» № 6, 2009 г.).

Изучение артефакта и углубление теории шло параллельно. В начале 1960-х годов советские учёные А. Дорошкевич и И. Новиков установили, в каком диапазоне частот и как искать реликтовое излучение, а также предсказали его предполагаемые характеристики. Теперь излучение начали изучать физики всего мира.

В 1980-х годах возникла дискуссия о тонкой структуре реликтового излучения. Оказалось, что только в первом приближении оно изотропно и однородно. Академик А. Д. Сахаров предсказывал его квантовые осцилляции. Это предположение подтвердилось, когда учёные Института космических исследований АН СССР И. Струков и М. Сажин организовали пионерский эксперимент со спутником «Реликт» по проверке неоднородности реликтового излучения. Результаты были опубликованы в научных журналах, в том числе и в США. Этот эксперимент через некоторое время воспроизвели американцы со спутником СОВЕ, и хотя при проведении эксперимента использовалось более совершенное оборудование, результаты его фактически продублировали полученные нашими учёными. Тем не менее Нобелевскую премию «за открытие спектра чёрного тела в реликтовом излучении и анизотропии этого излучения» в 2006 году получили американцы.