Николай Горькавый - Космические сыщики
Пензиас предложил руководству лаборатории «Белл» модифицировать антенну для радиоастрономических наблюдений. Руководство согласилось.
Весной 1963 года к Пензиасу присоединился американский физик Роберт Вильсон, выходец из Техаса.
Вместе они стали превращать антенну-рупор в сверхчувствительный инструмент для радиоастрономических наблюдений.
С самого начала Пензиас и Вильсон знали, что в антенне есть заметный дефект – она «шумела», то есть ловила непонятный радиошум. Инженеры, которые прежде работали на ней и регистрировали сигналы спутников, пытались избавиться от помех, но у них ничего не получалось.
Пензиасу и Вильсону тоже мешал этот постоянный шум в антенне, не связанный с каким-либо известным фактором. Сначала они рассмотрели все возможные причины шума – например, воздействие радиоизлучения огромного города Нью-Йорка, расположенного неподалёку. Однако все известные источники радиошума располагались в определённых направлениях, а таинственный шум шёл отовсюду.
За 1964 год учёные безуспешно испробовали самые разные варианты избавления от шума, включая очистку антенны от голубиного помёта, который авторы научной статьи деликатно назвали «белым диэлектрическим веществом», а также изгнание самих голубей.
Ничего не помогало! Антенна упорно регистрировала шум, который соответствовал радиоизлучению чёрного тела с температурой в 3,5 градуса Кельвина.
– Что это значит? – спросила Галатея.
– Как мы уже узнали из другой сказки, Планк вывел универсальную формулу излучения тела в зависимости от его температуры. Во-первых, эта формула задавала вид спектра тела – то есть зависимость интенсивности его свечения от длины волны. Планковский спектр описывался плавной кривой с одним «горбом», или максимумом, на определённой длине волны. Во-вторых, из этой формулы следовало, что при нагреве тела интенсивность свечения росла и одновременно максимум спектра смещался в сторону коротких волн. Умеренно нагретый кусок металла или холодная звезда слабо светятся красным, нагретые сильнее – жёлтым, а самые горячие звёзды оказываются самыми яркими и голубыми. Верно и обратное: если тело остужать, его спектр смещается в длинные волны: сначала до инфракрасного излучения, а потом до радиодиапазона. Радиоизлучение с температурой в 3,5 градуса по Кельвину означает, что такие радиоволны может излучать тело, имеющее температуру минус 270 градусов по Цельсию.
– Это температура ужасного мороза! – удивилась Галатея.
– Верно. Пензиас и Вильсон получили странный результат – их антенна шумела так, словно Вселенная была заполнена очень холодным веществом. Ещё страннее то, что интенсивность этого излучения не зависела от направления. Все известные обычные радиоисточники были локальными: отворачивая от них антенну, можно убрать и сигнал. Но странный шум шёл отовсюду, из любой точки на небе.
В начале 1965 года Пензиас узнал от знакомого физика, что в Принстонском университете, который находился всего в полусотне километров от их радиоантенны, группа знаменитого учёного Дикке работает над поиском остаточного излучения от взорвавшейся Вселенной – и они могут знать, что происходит с антенной-рупором, с которой возились Пензиас и Вильсон.
Пензиас набрался смелости и позвонил Дикке.
Роберт Дикке был известным профессором легендарного Принстонского университета. Кроме Гамова, другие учёные тоже приходили к мысли об осциллирующей Вселенной. Идею об её расширении как о фазе, следующей за предшествовавшим сжатием, разрабатывал и Роберт Дикке. Он отмечал: «…я боюсь говорить о „рождении“ Вселенной, ибо полагаю, что Вселенная не была „рождена“, а скорее эволюционировала из прежней коллапсированной фазы… Можно полагать, что во время коллапса Вселенной энергия электромагнитного поля и нейтринного излучения чрезвычайно возрастает аналогично излучению при… сжатии, пока, наконец, не достигается тепловое равновесие при температуре свыше десяти миллиардов градусов Кельвина. Неизвестным в настоящее время образом этот коллапс может быть обратим, т. е. Вселенная расширяется от этого очень горячего состояния».
Дикке понимал, что излучение горячей вначале Вселенной может до сих пор существовать в космосе. Летом 1964 года он пришёл к выводу, что это остаточное излучение можно зарегистрировать приборами.
Советские астрофизики А. П. Дорошкевич и И. Д. Новиков в этом же 1964 году рассчитали, насколько интенсивность гипотетического реликтового излучения должна превышать в сантиметровом диапазоне интенсивность излучения обычных радиоисточников. Этот расчёт показал возможность экспериментального обнаружения реликтового излучения.
Роберт Дикке привлёк своих сотрудников к проекту. Джим Пибблс занялся теоретическими расчётами интенсивности излучения. Питер Ролл и Дэвид Вилкинсон стали готовить эксперимент для обнаружения этого первичного космологического излучения.
В начале 1965 года Пибблс оценил, что температура остаточного излучения Вселенной не может быть больше 10 градусов Кельвина. Он послал эти результаты в научный журнал и включил их в свой доклад в Лаборатории прикладной физики в Мериленде. Слухи о планируемом эксперименте начали распространяться и достигли Пензиаса с Вильсоном. Когда Пензиас позвонил Дикке, тот обедал с Пибблсом, Роллом и Вилкинсоном. Дикке поднял трубку, и молодой человек, представившись, стал рассказывать о странном шуме, который они с другом регистрировали в своей антенне. Профессор задал несколько вопросов и назначил встречу. Положив трубку, он повернулся к коллегам и сказал полушутливо:
– Ребята, нас опередили!
Через несколько дней, в конце марта 1965 года, Дикке, Ролл и Вилкинсон приехали к Пензиасу и Вильсону. Пензиас рассказал об их с Вильсоном результатах, а потом гости осмотрели антенну. Пензиас вспоминал, что учёные из Принстона сначала решили, что приехали к паре «телефонистов», но, когда Дикке узнал, что измеренная температура радиошума равна 3 градусам Кельвина, он повернулся к своей команде и сказал: «Они получили то, что надо!»
Учёные из лаборатории «Белл» и астрономы из Принстона сумели договориться, и в американском журнале «Письма в астрофизический журнал» было опубликовано сразу две работы. Одна, статья Пензиаса и Вильсона, рассказывала об открытии постоянного радиошума в космосе, а другая – Дикке, Пибблса, Ролла и Вилкинсона – излагала теоретическую интерпретацию реликтового шума как холодного эха древнего горячего взрыва, а также сообщала о готовящемся эксперименте в группе Дикке. Пятистраничную статью группы Дикке в журнале почему-то разместили первой, а после неё поставили одностраничную заметку Пензиаса и Вильсона. Однако Нобелевский комитет расставил эти работы в ином порядке.
История с открытием остаточного излучения получила драматическое продолжение. Ранняя статья Пибблса была отвергнута журналом на основании того, что 90 % результатов были получены ранее – в группе Гамова, Альфера и Хермана. Рецензенты даже прислали Пибблсу список работ этой группы.
Тем не менее в статье Дикке-Пибблса-Ролла-Вилкинсона, которая была написана позже и опубликована вместе с заметкой Пензиаса и Вильсона, работы группы Гамова упоминались одной строкой как пример исследований в области нуклеосинтеза – без пояснений, что именно эта группа ещё 17 лет назад получила правильные теоретические оценки реликтового излучения. Впоследствии Пибблс клялся, что ни он, ни Дикке не знали работ группы Гамова.
Зная, что рецензенты заранее указали Пибблсу на работы гамовской группы, Альфер сказал: «Джим Пибблс знал о наших работах, если он не беспробудно туп!»
Никки нахмурилась:
– Учёные, которые сознательно не ссылаются на работы предшественников, подобны торгашам, которые изо всех сил стараются продать свой несвежий товар. Любой учёный должен заботиться о безошибочности обзора работ предшественников так же, как о безошибочности своих математических вычислений. Пожалуй, сделать математическую ошибку предпочтительнее, чем не сослаться на коллегу, который сделал что-то раньше тебя или которому твоя работа чем-то обязана.
Десяток статей, опубликованных в 1948 году Гамовым, Альфером и Херманом, а также диссертацию Альфера, защищенную тогда же, сейчас тщательно изучают историки науки и учёные. Ведь с них началась современная космология горячей расширяющейся Вселенной, которая победила две другие теории: модель стационарной Вселенной Бонди-Голда-Хойла и модель холодной Вселенной советского физика Якова Борисовича Зельдовича.
Одним из самых старательных исследователей работ группы Гамова стал Джим Пибблс, который до глубокой старости публиковал науковедческие материалы о легендарных статьях 1948 года.
В 1978 году Пензиас и Вильсон поделили половину Нобелевской премии по физике за случайное открытие реликтового излучения. Из теоретиков, предсказавших холодное эхо горячей Вселенной, премию никто не получил.
