Main menu:

«Первичный огненный шар»

Гипотеза «первичного огненного шара» пережила породившую ее теорию. В 1964 г. два английских астрофизика Фред Хойл и Роджер Тейлер показали, что большая часть гелия во Вселенной была синтезирована вскоре после начала космического расширения при условиях, сходных с теми, которые рассматривали Гамов, Альфер и Херман. Английские астрофизики рассуждали следующим образом. Внутри звезд гелий образуется в ходе ядерных реакций, при которых четыре протона (ядра атома водорода) сливаются в одну альфа-частицу (ядро гелия). В каждой реакции такого рода происходит «потеря» небольшой части массы, так как сумма масс четырех протонов и двух электронов несколько меньше, чем масса ядра гелия, состоящего из двух протонов и двух нейтронов. Большая часть энергии, связанной с упомянутым уменьшением массы, в конечном итоге излучается звездой в виде электромагнитного излучения (оптического и неоптического диапазонов).

Хойл и Тейлер предположили, что общая светимость всех звезд Галактики никогда существенно не превышала современную величину. Исходя из возраста Галактики (порядка 1010 лет) и ее нынешней светимости, они оценили полное количество энергии, которую Галактика должна была излучить за время своего существования. Далее, зная количество энергии, выделяемой в реакции превращения водорода в гелий, они определили, какое количество гелия образовалось в недрах звезд за время существования Галактики. Как выяснилось, если бы звезды первоначально состояли из одного водорода, то к нашему времени на 100 атомов водорода приходился бы 1 атом гелия. Однако в 1964 г., когда Хойл и Тейлер опубликовали свою работу, было известно, что во всех звездах и в межзвездном газе один атом гелия приходится всего на 10 атомов водорода. Поэтому Хойл и Тейлер заключили, что около 90% гелия образовалось до рождения звезд - вероятно в первичном огненном шаре, о котором говорил Гамов. Затем они оценили количество гелия, которое могло быть синтезировано в огненном шаре. Оказалось, что в широком интервале начальных условий получается наблюдаемая величина: 1 атом гелия на 10 атомов водорода.

Пока Хойл и Тейлер занимались своими теоретическими изысканиями, небольшая группа ученых во главе с Робертом Дикке в Принстонском университете готовилась к экспериментальному и теоретическому штурму той же проблемы. П. Г. Ролл и Д. Т. Уилкинсон конструировали радиометр, чувствительность которого была бы достаточна, чтобы обнаружить фоновое излучение с температурой порядка несколько градусов по шкале Кельвина. П. Дж. Е. Пиблс занимался расчетами, подобными тем, что выполнили Хойл и Тейлер, стремясь вывести соотношение, связывающее температуру космического фонового излучения, среднюю плотность вещества во Вселенной и относительное содержание в ней гелия. Однако еще до того, как Ролл и Уилкинсон приступили к измерениям, в Пристоне стало известно о результатах Арно Пензиаса и Роберта Вильсона из фирмы «Белл телефон лабораторис».

Пензиас и Вильсон сообщили о своем открытии в короткой заметке, опубликованной в первом июльском выпуске журнала Astrophysical Journal за 1965 г. Их статью предваряла несколько более пространная публикация Дикке (с коллегами), в которой открытое излучение интерпретировалось как остаток первичного огненного шара. Большинство астрономов сразу же согласились с такой интерпретацией. В отличие от кантовской гипотезы островной Вселенной, которая получила признание через 275 лет после ее создания, гипотезу огненного шара астрономы приняли очень быстро. Ситуацию, которая сложилась в период 1965-1980 гг., хорошо охарактеризовал Стивен Вайнберг в своей книге «Первые три минуты»:

На протяжении большей части истории современной физики и астрономии просто-напросто отсутствовали адекватные наблюдательные и теоретические основы, которые позволили бы воссоздать историю ранней Вселенной. Но за минувшее десятилетие ситуация изменилась. Теория ранней Вселенной получила столь широкое признание, что астрономы часто называют ее «стандартной моделью».