«Техника-молодежи» 2007 г №1, с.20-25 (отрывок)
TOP SCIENCE
Все досталось американцам
Станислав СЛАВИН |
(отрывок)
Выбор лауреатов Нобелевских премий 2006 г. по естественным наукам трудно назвать политкорректным. Все пятеро призеров — не только граждане, но и уроженцы США, так что на «утечку умов» в Штаты этот факт не спишешь. Однако справедливости ради всё же укажем, что дело вовсе не в проамериканских настроениях шведских экспертов. Все премии присуждены за фундаментальные исследования действительно нобелевского уровня. Тем не менее кое-какой холодок все же остается... Например, Королевская шведская академия наук объявила лауреатами Нобелевской премии в области физики американских астрофизиков Джона Мейзера и Джорджа Смута. Они получат по 680 тыс. долларов за исследования, посвященные происхождению Вселенной. Однако при некотором стечении обстоятельств, среди лауреатов мог быть, по крайней мере, ещё один астрофизик — из России. Но увы...
ПО СЛЕДАМ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА. Согласно вердикту Нобелевского комитета, премия присуждена Мейзеру и Смуту за «открытие чёрнотельности спектра и анизотропию космического фонового излучения».
Основные результаты были ими получены в 1992 г. на основании данных, собранных специализированным научным спутником СОВЕ (Cosmic Background Explorer), запущенным в 1989 г. Это был первый американский аппарат, специально предназначенный для космологических исследований. Наиболее важными были две группы приборов. Дифференциальные микроволновые радиометры были предназначены для обнаружения анизотропии — пространственной неравномерности распределения температуры реликтового излучения. За эту часть оборудования и измерений отвечал Джордж Смут. А вот высокоточное измерение реликтового излучения с помощью спектрофотометра курировал Джон Мейзер. Он же осуществлял и общее руководство проектом.
Тут надо, наверное, сказать, что космическое фоновое микроволновое излучение по современным представлениям ученых возникло через 380 тыс. лет после Большого взрыва, который дал начало нашей Вселенной. Так что его ещё называют реликтовым излучением.
В момент рождения его температура составляла 3-4 тыс. градусов Кельвина, но за 13 с лишним миллиардов лет оно успело остыть примерно в 1000 раз и ныне оно «нагрето» всего лишь примерно до 3 градусов Кельвина.
Далее, из так называемой горячей модели рождения Вселенной вытекает, что спектр нынешнего реликтового излучения должен почти точно совпадать со спектром абсолютно чёрного тела. За одним лишь исключением. Спектр чёрно-тельного излучения совершенно гладкий, а вот спектру микроволновой радиации полагается немного «рябить». Иначе говоря, температура излучения, приходящего с разных участков небосвода, должна иметь какие-то флуктуации или вариации. Согласно теории, они возникают из-за пространственных неоднородностей в распределении материи, рожденной Большим взрывом. Это, кстати, и сделало возможным рождение галактик, звёзд, планет и прочих небесных тел.
Само реликтовое излучение было обнаружено в 1965 г. С тех пор его тщательно изучали как с земли, так и со стратостатов и геофизических ракет. В результате четверть века тому назад некоторые астрофизики пришли к заключению, чго спектр реликтового излучения отличается от чёрнотельного сильнее, нежели позволяет модель Большого взрыва. А стало быть, требовался решающий эксперимент, который должен был или снять все возражения, или подтвердить их. Однако его можно было выполнить только в космосе, поскольку земная атмосфера непрозрачна для многих участков реликтового спектра.
Подробности для любознательных Персоналии лауреатов
Профессору ДЖОНУ КРОМУЭЛЛУ МЕЙЗЕРУ — 60 лет. Он родился в 1946 г., в Роуноке, штат Вирджиния. В 1968 г. Мейзер закончил с отличием колледж и поступил в аспирантуру Калифорнийского университета в Беркли. В 1974 г., защитив диссертацию по специальности физика, он поступил на работу в НАСА, где и работает по сей день. В настоящее время он является старшим астрофизиком Центра космических полетов имени Годдарда. Именно он выдвинул более 30 лет назад саму идею научного эксперимента, который теперь дал столь выдающиеся результаты, что был удостоен Нобелевской премии. Мейзер отличный организатор и руководитель, но при этом старается держаться в тени, что при его довольно крупных габаритах — в ученом около 2 м роста и порядка 100 кг веса — довольно затруднительно. Параллельно со своей основной работой, он преподает в Мерилендском университете. ДЖОРДЖ ФИДЖЕРАЛЬД СМУТ на год старше своего коллеги. Он родился 20 февраля 1945 г. в Ньюконе, штат Флорида. В школе Джордж в равной мере увлекался наукой и спортом. Но когда пришло время выбирать профессию, любовь к научной фантастике склонила чашу весов в пользу техники. В 1966 г. Смут закончил престижный Массачусетсский технологический институт сразу по двум специальностям — математика и физика. Четыре года спустя там же он защитил диссертацию, посвященную особенностям распада субатомных элементарных частиц, Но поскольку ученых, работающих в этой области, очень много, то Смут решил углубленно заняться космологией. Он перебрался в Калифорнийский университет в Беркли, где присоединился к группе исследователей под руководством лауреата Нобелевской премии Луиса Альвареса. Тогда же он впервые принял участие в одном из экспериментов HACA, призванных подтвердить или опровергнуть теорию Большого взрыва. Далее он стал заниматься поисками антиматерии. Также его интересовал вопрос, вращается ли Вселенная или только расширяется. В 1974 г. он возглавил проект, результаты которого и удостоены ныне Нобелевской премии. |
Таким экспериментом и стал запуск СОВЕ. Спутник проработал в космосе четыре года, и его приборы подтвердили, что спектр реликтового излучения строго соответствует требованиям модели горячего рождения Вселенной. Была точно измерена его температура (2,726°К) и обнаружены ее флуктуации (так называемая анизотропия излучения), причём с амплитудой порядка одной стотысячной доли градуса, как того и требовала теория.
Это окончательно убедило ученых, что у концепции Большого Взрыва нет серьёзных конкурентов. А признанный авторитет в космологии Стивен Хокинг в интервью газете «Таймс» даже назвал полученные результаты величайшим научным открытием XX столетия.
В общем, благодаря усилиям лауреатов и их коллег, космология ныне превратилась в точную науку. Ведь в начале прошлого века даже многие астрономы пренебрежительно называли ее разделом философии или даже теологии — прямых фактических подтверждений измышлениям космологов, как правило, не было. Однако с тех пор ситуация кардинально изменилась.
В 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики разлетаются; стало быть, Вселенная является вовсе не стационарным, а эволюционирующим объектом.
Вычисления Хаббла заложили основу современной теории Большого взрыва, согласно которой получается, что наша Вселенная возникла чуть менее 14 млрд лет тому назад в результате спонтанного взрыва (его причину ещё предстоит отыскать) невообразимо плотной материи, которая была сконцентрирована в течке размером с булавочную головку.
Эта точка при взрыве выбросила огромное количество энергии, а также материи, из которой затем и образовались все галактики, звезды, планеты и другие небесные тела. Этот же момент является и началом отсчёта времени, поскольку до него классические законы попросту не действовали.
Своеобразным эхом этого взрыва и поныне является то самое фоновое или реликтовое излучение, которые и изучали нобелевские лауреаты. Наличие такого излучения предсказал ещё в 1948 г. российский ученый Георгий Гамов, уехавший на запад в 1930-х. Экспериментально оно было обнаружено Арно Пензиасом в 1965 г., за что 13 лет спустя он вместе с коллегой Робертом Вильсоном получил Нобелевскую премию.
Правда, в то время речь шла лишь об изотропном, то есть одинаковом во всех направлениях излучении. Однако теоретики полагали, что после Большого взрыва должна была иметь место и анизотропия, то есть неоднородность излучения. Только так можно объяснить, почему во Вселенной образовались те сгустки материи, из которых в конце концов сконденсировались все современные небесные тела.
С целью экспериментального подтверждения выводов теоретиков и был затеян, как уже говорилось, эксперимент СОВЕ. Началась работа в 1974 г. Однако реализовать проект удалось лишь 15 лет спустя. Впрочем, задержка с запуском имела и положительный аспект — за это время были значительно усовершенствованы измерительные приборы, что в конечном итоге и привело к победе.
«Мы заглянули в то время, когда Вселенной было 300 — 400 тыс. лет, — говорит Дж. Смут. — Казалось бы, и это солидный срок. Однако вспомните, общий возраст Вселенной составляет почти 14 млрд лет. Так что если провести аналогию с возрастом человека, то получается, что исследователи смогли зафиксировать развитие эмбриона спустя несколько часов после его зачатия»...
Полученные результаты учёные доложили в 1992 г. на одной из научных конференций. Коллеги приветствовали выступление бурными аплодисментами. Ведь, кроме прочего, впервые было доказано, что спектр фонового излучения совпадает с излучением так называемого абсолютно чёрного тела. А этот спектр характерен тем, что распределение энергии излучения зависит исключительно or температуры.
Джон Мейзер полагает, что этот факт действительно говорит о том, что излучение является эхом Большого взрыва: «Иначе невозможно объяснить точное соответствие измеренного нами спектра со спектром идеального чёрного тела».
Правда, учёные пытались найти и иные объяснения этому факту. Но пока ничего вразумительного предложить не смогли. А если найдут — это, наверное, будет основанием для присуждения очередной Нобелевской премии. Ведь тогда теоретикам придется изобретать и новый вариант образования Вселенной.
Глядя на картину, полученную путем повсеместного измерения микроволнового фона в космосе, ученые пришли к следующим выводам: первая звезда-гигант, стократно превышающая Солнце по массе, зародилась спустя всего лишь 200 млн лет после Большого взрыва — это на полмиллиарда лет раньше, чем предполагали теоретики. Возраст самой Вселенной получается равным 13,7 млрд лет (ранее полагали, что ей 15 -29 млрд лет).
А что же наши?.. Ещё в июле 1983 г. — за 6 лет до американского — в СССР был запущен спутник «Прогноз-9», удалившийся от Земли далеко за орбиту Луны, на расстояние 700 тыс. км, чтобы там, на просторе, и обнаружить первые проявления анизотропии. По словам Дмитрия Скулачёва, одного из авторов проекта, спутник начал передавать весьма интересную информацию, но в феврале 1984 г. врезался в Луну и прекратил существование. «Мы начали готовить запуск следующего спутника, но тут грянула перестройка, — пояснил ученый. — Ещё мы проиграли информационную войну из-за того, что меньше раскручивали свой проект. И это очень обидно. Хотя за успех коллег я рад, потому что работа, которую они проделали, хорошая»...
 КСТАТИ... зря Нобелевский комитет не читает «Технику — молодёжи»! Эти портреты Вселенной в реликтовом излучении были опубликованы на наших страницах за 4 года до запуска американского спутника... |
Научным руководителем эксперимента «Реликт» в Институте космических исследований был академик Николай Кардашев, техническим руководителем — доктор физико-математических наук Игорь Струков. Данные «Прогноза» были обработаны, и в январе 1992 г. доложены в Москве в Астрономическом институте имени Штернберга.
Затем об открытии анизотропии были сделаны публикации в «Письмах в Астрономический журнал» АН СССР и в английском Monthly Notices Royal Astronomical Society, издаваемом Королевским обществом. Статьи были подписаны Игорем Струковым, Дмитрием Скулачёвым, Андреем Брюхановым и Михаилом Сажиным.
И только после этого, в мае 1992 г., заметку с аналогичным сообщением опубликовали американцы. Правда, качество американских данных оказалось выше, поскольку их спутник был новее и совершеннее.
В начале 90-х в России готовились запустить новый спутник на орбиту в 1 млн. км от Земли для постановки эксперимента «Реликт-2». Он имел аппаратуру чувствительностью в несколько раз выше, чем у американцев. Однако в России денег на науку в ту пору не выделялось вовсе — и практически готовый аппарат так и не увидел космоса.
Американцы, между тем, продолжали работать, запустили новый спутник W-MAP; кстати, первая буква названия — своеобразная дань памяти выдающегося неудачника Вилкинсона. В 1965 г. он вместе с Пензиосом и Вильсоном должен был получить Нобелевскую премию, но его почему-то прокатили...
Имена же российских учёных, которые уже не участвовали в научной гонке, забылись: их перестали цитировать. А сделавший первый в мире доклад об анизотропии реликтового излучения Андрей Брюханов вообще покинул науку и теперь работает в компьютерной фирме.