Астрофизика начинающим: как понять Вселенную

Было ли это справедливо?

Роберт Дикке, ученый, который помог Пензиасу и Уилсону понять, что именно они увидели в свой телескоп, премии не получил. Это может показаться несправедливым. Но дело в том, что Нобелевская премия обычно присуждается именно за какое-то открытие. Если в этом открытии участвует теоретик – человек, который объясняет, что именно наблюдается, или указывает наблюдателям, что им надо искать, то он или она могут тоже получить премию наряду с наблюдателями. В данном случае, однако, Пензиас и Уилсон первыми обнаружили космический микроволновой фон, и премия была присуждена только им.

Спустя десять с чем-то лет, в 1978 году, за открытие космического микроволнового фона Пензиас и Уилсон были удостоены высочайшей научной награды – Нобелевской премии.

А откуда мы знаем, что все, что мы сказали о космическом микроволновом фоне, – правда?

Встанем на точку зрения инопланетянина. Не забудьте, что свету требуется время, чтобы долететь до нас из глубин Вселенной. Если мы заглядываем далеко в пространство, то на деле мы видим далекое прошлое. Поэтому, если разумные обитатели далекой-далекой галактики захотят измерить температуру космического микроволнового фона непосредственно перед тем, как эти фотоны отправятся в свой полет к нашим телескопам, они получат немного более высокие значения, чем те, которые измерим мы, – ведь они живут в более молодой Вселенной, меньшего размера и более горячей.

Сейчас вы сами сможете проверить, так ли это.

Молекула циана возбуждается вследствие облучения микроволнами. Когда я говорю «молекула возбуждается», я имею в виду, что электроны в ее атомах переходят на более высокие орбиты вокруг ядра. Но если вам больше нравится представлять себе, что молекулы танцуют, то так и быть. Более «теплые» микроволны возбуждают циан немного сильнее, чем «холодные». Астрофизики сравнили циан, который мы видим в нашей галактике Млечный путь, с цианом в далеких и более молодых галактиках. В молодых галактиках циан облучается более теплыми микроволнами, поэтому он должен быть возбужден сильнее. Именно это мы и наблюдаем.

И никакая подделка здесь невозможна.

Какой все это представляет интерес? Таким образом мы получаем все более полную картину того, как формировалась Вселенная. Со времен Пензиаса и Уилсона астрофизики использовали все более чувствительные инструменты для построения подробной карты космического микроволнового фона. Эта карта не вполне однородна. На ней есть пятна, которые чуть теплее и чуть холоднее среднего. Изучая эти температурные различия, эти пупырышки на карте, мы можем представить себе, как выглядела ранняя Вселенная и где именно вещество начало скапливаться.

Мы можем узнать, где и когда стали формироваться первые галактики.

Существование космического микроволнового фона подтверждает, что мы правильно понимаем, как образовывалась и расширялась Вселенная. Но космический микроволновой фон свидетельствует еще и о том, что бóльшая часть Вселенной состоит из чего-то, чего мы совершенно не понимаем. Об этой загадочной субстанции – вернее, двух – мы поговорим в главах 5 и 6.

Берегись, читатель. В нашей истории скоро будет темно.

4 Между галактик

Летом после девятого класса я в числе стайки других ребят влез в автобус, и мы пятьдесят три часа ехали в нем из Нью-Йорка в пустыню Мохаве в Южной Калифорнии. Целью нашей поездки был Кэмп Ураниборг, одномесячный летний лагерь для интересующейся наукой молодежи, названный в честь старинной обсерватории датского астронома Тихо Браге, великолепного наблюдателя с латунным носом. Об этом человеке мы еще поговорим.

Мне уже случалось прежде заниматься наблюдениями неба. Как я уже говорил, в ясные ночи я взбирался на крышу моего многоквартирного дома в Бронксе, чтобы изучать звезды и планеты. Это было не просто. Частенько мне приходилось просить младшую сестренку помочь мне затащить на крышу части моего телескопа. Пару раз соседи вызывали полицию, думая, что по крыше шастают грабители.