Незаконное рождение Горячей Вселенной

Незаконное рождение Горячей Вселенной

Гамов не упомянул Вернадского в своей автобиографии «Моя мировая линия», но его космологическая идея обязана и науке Вернадского — геохимии, которая занимается распространенностью химических элементов на Земле. Вернадский понимал, что эта общая проблема включена в историю самой планеты, то есть в космическую историю Солнечной системы. Гамов, несомненно, слышал об этом в Радиевом институте, а в его первой статье о космологии 1946 года есть ссылка на книгу по геохимии, откуда он взял данные о распространенности элементов.

Гамов взялся за космологии, надеясь теоретически объяснить эти данные — объяснить происхождение химических элементов во Вселенной. В то время считалось, что нынешняя пропорция элементов зафиксировалась в некий ранний момент расширения Вселенной, когда — из-за уменьшения плотности и охлаждения — активные ядерные реакции прекратились. А до того момента, как считалось, имелось ядерно-тепловое равновесие между разными ядрами. Однако равновесные расчеты давали ничтожную долю тяжелых элементов, вопреки данным геохимии.

Гамов предположил иной — неравновесный — сценарий: в быстро расширяющейся Горячей Вселенной из первичного чисто нейтронного вещества при уменьшении плотности начинают образовываться протоны, к которым последовательно прилипают нейтроны, образуя все более тяжелые ядра, пока расширение Вселенной не остановит этот процесс. Эта идея Гамова оказалась очень плодотворной, хоть и… ошибочной. Ошибочной, потому что последовательное добавление нейтронов обрывается очень рано — не существует устойчивых ядер с массой 5, и перепрыгнуть через этот барьер не удавалось. А плодотворной стала сама возможность неравновесной физики.

Теоретики предполагали равновесие, в сущности, по той же причине, по которой потерянные ключи ищут под фонарем — там светлее и, значит, легче искать. Лучше все же сообразить, где примерно ключи могли выпасть, и искать там, хоть и ощупью. Так и условия ранней Вселенной лучше не постулировать «для простоты», а извлечь из них следствия, которые после сравнения с наблюдениями скажут нечто о процессах в начале космологического расширения. Так впоследствии получили соотношение легких элементов космологического происхождения — водорода и гелия, подтвердив предположение Гамова о том, что ранняя Вселенная была горячей.

Первыми же пользу из идеи неравновесности извлекли главные оппоненты Гамова — сторонники стационарной космологии. Они разработали теорию рождения тяжелых элементов во взрывах звезд, и ныне это — общепринятое представление о происхождении основного вещества планет, включая все живое. Уже поэтому космология имеет отношение к жизни. Без того чтобы взрывы первого поколения звезд в юной Вселенной накопили элементы тяжелее гелия, известная нам форма жизни была бы невозможна.

Однако сама стационарная космология не выдержала другого следствия из идеи Горячей Вселенной — космического реликтового излучения. Гамов и его сотрудники несколько раз оценивали температуру этого излучения, хоть и не для того, чтобы озадачить радиоастрономов своим предсказанием. Они хотели убедиться в разумности своего сценария: если получилась бы слишком большая температура, сценарий пришлось бы забраковать. Его забраковали, как уже сказано, по совсем другой причине, но представление о фоновом космическом излучении и его малой температуре жило своей жизнью и дождалось случайного открытия в 1965 году!

И Гамов дождался триумфа правильного следствия из его ошибочной идеи. Эту удачу он заслужил, расширив горизонт физического подхода к ранней Вселенной и не отступив от космологии Фридмана в трудное для нее время.