Знание-сила, 2001 № 11 (893) - страница 15

Следующий шаг в развитии теории Биг Бэнга сделал ученик Фридмана Георгий Гамов, который в 1931 году эмигрировал в США. Будучи специалистом в физике элементарных частиц (он учился у Резерфорда и Бора), Гамов понял, что те огромные плотности, которые неизбежно должны были царить в «первичном атоме» Леметра, создавали необходимые условия для синтеза атомных ядер из более элементарных и легких частиц. Но он осознал также, что такой синтез может пойти по разным путям в зависимости от температуры Биг Бэнга, то есть от того, была ранняя Вселенная горячей или холодной.

Земля пережила свой «Большой Взрыв» – появление человека (.. «Адам и Ева»)

В «горячем» Биг Бэнге, по его расчетам, столкновения исходных частиц должны были вести к образованию ядер водорода, затем – через тяжелый водород, дейтерий, – ядер гелия и частично лития. Но поскольку при высоких температурах скорости частиц были достаточны, чтобы разрушить ядра дейтерия, то и образование гелия приостанавливалось.

В «холодном» же Бэнге синтез гелия должен был продолжаться. Гамов был убежден, что «первичный атом» («илем», в его терминологии) имел температуру в миллиарды градусов, и потому нынешняя Вселенная должна состоять на 75 процентов из водорода и дейтерия и лишь на 25 процентов из гелия и какой-то ничтожной доли лития. (В нынешней Вселенной есть еще около 0,000001 процента более тяжелых атомов, но они были созданы позднее, в «печах» так называемых сверхновых звезд.)

Позднее астрономические наблюдения подтвердили полную точность гамовских предсказаний и его модели «горячей» ранней Вселенной. Но в сороковые годы, когда эта теория только создавалась, она вызывала серьезные возражения прежде всего потому, что Гамов вслед за Хабблом и Леметром принимал абсурдно малый возраст Вселенной. И тогда в поисках других подтверждений своей теории горячего Биг Бэнга Гамов выдвинул новую идею.

«Эхо Большого Взрыва»: результаты измерений реликтового излучения, проведенных телескопами «Бумеранг» и «Максима», а также спутником "COBE" четко вписываются в модель «плоской Вселенной»

1 – относительная интенсивность температурных колебаний реликтового излучения; 2-угол небосвода, градусы; 3 – «Максима»; 4 – «Бумеранг»; 5 – «СОВЕ»; 6 – лучшая модель Вселенной

На сей раз он указал, что горячая ранняя Вселенная неизбежно должна была порождать мощнейшее излучение на всех длинах волн. Фотоны этого излучения совместно с первыми родившимися элементарными частицами (сейчас мы знаем, что это были кварки, нейтрино и электроны) создавали ту «первичную плазму», которая и была новорожденной Вселенной. Плотность этой плазмы была так велика, что фотоны то и дело натыкались на частицы и меняли направление полета. В результате они не столько летали, сколько «ползали» в этой гуще. (Отдаленным и слабым подобием этого «ползанья» может служить движение фотона, выходящего из недр нашего Солнца. Кто-то подсчитал, что из-за столкновений с частицами вещества этот фотон тратит миллион лет (!) на то, чтобы добраться до поверхности Солнца, и всего восемь с лишним минут, чтобы долететь оттуда до Земли.)

Но поскольку Вселенная расширялась, она продолжала охлаждаться, и в какой-то момент (позднее было подсчитано, что это произошло примерно через 300 тысяч лет после Биг Бэнга) температура плазмы упала до 3000 – 2700 градусов. При такой температуре средняя энергия фотонов (снижавшаяся вместе с температурой) вдруг стала меньше кулоновского притяжения электронов и протонов друг к другу, и эти частицы смогли беспрепятственно объединиться в атомы водорода («рекомбинировать»). Оказавшись связанными в атомах, частицы перестали мешать движению фотонов, и Вселенная внезапно стала «прозрачной» для излучения: произошло так называемое расцепление света и вещества. Излучение отделилось от вещества и повело совершенно независимую жизнь. Оно, конечно, осталось в той же Вселенной, куда еще ему было деться, но, начиная с этого момента, практически перестало взаимодействовать с веществом. Такое «остаточное излучение», рассудил Гамов, может быть важным свидетельством в пользу теории «горячего» Биг Бэнга.