Эволюция

Когда Хойл и независимо от него Бонди и Голд опубликовали свои статьи о стационарной Вселенной, то заставили астрофизическое сообщество выбирать между двумя очень разными точками зрения. С одной стороны, существовала модель Большого взрыва, согласно которой у Вселенной было начало, когда она была очень плотной и горячей (Леметр назвал это «первичным атомом»). В то время ярым сторонником этого сценария, кроме Леметра, был и Георгий Гамов. Как мы видели в предыдущей главе, Гамов даже думал, пусть и ошибочно, что при этом первоначальном космическом взрыве были созданы все химические элементы.

Альтернативой Большому взрыву была теория стационарной Вселенной с бесконечным прошлым и неизменными космическими декорациями (невзирая на расширение). Однако телескопам конца сороковых годов недоставало мощности, и с их помощью невозможно было пронаблюдать эволюционные тенденции, которые предполагала модель Большого взрыва. Когда Хойл в августе 1948 года наконец познакомился с Эдвином Хабблом, то был рад услышать от него, что уже проходят последние испытания самого большого на тот момент телескопа в мире – двухсотдюймового телескопа на горе Паломар в Калифорнии. Хаббл рассчитывал сразу после этого начать наблюдать отдаленные галактики. Однако, к сожалению, даже большое зеркало паломарского телескопа не могло собрать достаточно света от очень далеких ничем не примечательных галактик, поэтому сделать однозначный выбор в пользу одной из соперничающих теорий не удалось.

В октябре 1948 года Хойл, Бонди и Голд присутствовали на небольшой конференции Королевского астрономического общества в Эдинбурге. Всех троих пригласили поделиться соображениями о теории стационарной Вселенной. Хойл воспользовался случаем и впервые провел связь между неизменным самодостаточным космосом и жизнью.

«Современная астрофизика, по всей видимости, неумолимо отталкивает нас от Вселенной, где пространство и время имеют границы, где в будущем нас не ждет ничего, кроме общего упадка или тепловой смерти, в сторону Вселенной, где и пространство, и время бесконечны. Очень может быть, что возможности физической эволюции – и даже эволюции жизни – тоже не знают границ. Именно эти вопросы и стоят сегодня перед астрономами. Мы надеемся, что достаточно определенные ответы на эти вопросы удастся найти уже при жизни этого поколения.»

Парадоксально, но факт: хотя впоследствии Хойл критиковал идею естественного отбора и стоял за панспермию – жизнь как космический феномен, – корни такого мировоззрения восходят к Дарвину. Вспомним, что Дарвину очень не нравилось, как Кельвин оценивал возраст Земли, поскольку он опасался, что такие границы не оставляют времени для эволюции. В этом высказывании Хойл указывает на преимущества теории стационарной Вселенной – если Вселенная была всегда и всегда будет, значит, жизнь располагает бесконечным временем на зарождение и эволюцию. К этому вопросу мы еще вернемся, когда будем обсуждать возможные причины ляпсуса Хойла.

Астроном Уильям Грейвс, президент Королевского астрономического общества, открыл дискуссию после докладов Хойла, Бонди и Голда несколько ироничным замечанием: «Космология – это всего лишь один из разделов астрономии, далеко не единственный, вопреки мнению самих космологов, хотя, конечно, главный, с этим никто не спорит». Так вышло, что среди слушателей был выдающийся физик Макс Борн. Когда его спросили, что он думает о модели стационарной Вселенной, он ответил:

«Стойкость и упорство космологов в целом вызывают у меня почтительное восхищение. После первых открытий в ядерной физике физики регулярно открывают новые частицы, вот и в космологии мы будем и дальше находить новые теории структуры и эволюции мироздания. Я искренне рад, что мне довелось услышать эти доклады, однако к их сути я отношусь скептически.»

Первые тревожные симптомы у теории стационарной Вселенной обнаружили не оптические, а радиотелескопы. Для радиоволн Вселенная, в сущности, прозрачна, поэтому антенны радиотелескопов могут улавливать сигналы от далеких галактик, даже если обнаружить их оптически очень трудно, лишь бы они были «активны» в радиодиапазоне. В 1950 годы английские и австралийские ученые нашли достойное применение опыту, накопленному во время Второй мировой войны, и разработали масштабную программу радиоастрономических исследований. Одним из первопроходцев в этой области был физик из лаборатории Кавендиша в Лондоне Мартин Райл.

В отличие от Хойла, Райл происходил из высших слоев общества – его отец был личным врачом короля Георга VI – и получил самое лучшее частное образование, доступное в те годы. В конце сороковых Райл участвовал в первых радиоастрономических исследованиях Солнца, а затем вместе с коллегами стал инициатором честолюбивого начинания: искал радиоисточники вне Солнечной системы. Райл и его группа радикально усовершенствовали методы наблюдения и получили возможность отсеивать фоновое излучение на Млечном Пути, после чего обнаружили несколько десятков «радиозвезд», более или менее равномерно распределенных по всему небу. К сожалению, соответствий в оптическом диапазоне у большинства источников не оказалось, поэтому точно определить расстояние до них было невозможно. Райл придерживался того мнения, что это были особые звезды в нашей собственной галактике, и был готов яростно отстаивать свою точку зрения на небольшой конференции энтузиастов радиоастрономии.

В марте 1951 года в Университетском колледже в Лондоне состоялась так называемая Мэссиевская конференция (названная в честь физика-ядерщика Гарри Мэсси, который ее организовал). Там присутствовали и Хойл, и Голд, и своего скептицизма они не скрывали. В какой-то момент Голд поднялся и раскритиковал выводы Райла. Он делал упор на то, что поскольку отдельные радиоисточники расположены равномерно по всем направлениям, а не сосредоточены в плоскости Млечного Пути, они находятся вне нашей галактики, и расстояния до них гораздо больше. Единственная альтернатива, указывал Голд, состоит в том, что источники на самом деле находятся настолько близко, что все они располагаются внутри диска галактики (на расстояниях меньше ста световых лет). Гипотеза Райла, согласно которой эти источники были рассеяны по всему Млечному Пути, была, по мнению Голда, совершенно необоснованной. Хойл полностью поддержал Голда и тем самым спровоцировал Райла на едкую ремарку: «Думаю, теоретики неверно истолковали экспериментальные данные». На это Хойл указал, что примерно из полудюжины источников, для которых нашлись оптические соответствия, пять находились в других галактиках. Много лет спустя он отмечал, что слово «теоретики» Райл произнес так, будто оно относилось к «низшему, отвратительному биологическому виду».

Это было лишь одно из множества крупных столкновений между Райлом и сторонниками теории стационарной Вселенной – и у обоих, и у Райла, и у Хойла, остался после него горький осадок на многие годы. В упомянутом случае верх одержали Голд и Хойл. Примерно через год после Мэссиевской конференции астроном Вальтер Бааде определил, что расстояние до радиоисточника в созвездии Лебедя составляет сотни миллионов световых лет, что подтвердило подозрения Хойла. Однако, по иронии судьбы, именно большое расстояние до радиоисточников и стало впоследствии краеугольным камнем для аргументации, которую Райл выдвинул в защиту развивающейся Вселенной, и к развенчанию гипотезы стационарной Вселенной. Кстати, в США теория стационарной Вселенной никогда не была особенно популярной, однако в 1952 году после лекции члена Королевского астрономического общества сэра Гарольда Спенсера Джонса она даже стала причиной громких заголовков в газетах. Два из них – из «The New York Times» («Новая теория Вселенной вызвала интерес») и из «Christian Science Monitor» («Член Королевского астрономического общества подтвердил, что творение продолжается») – приведены на илл. 29.

Кампания против теории стационарной Вселенной поставила Райла в неловкое положение и еще в одном случае, хотя все началось, казалось бы, с победы. Модели Большого взрыва и стационарной Вселенной предполагали совершенно разное строение Вселенной вдалеке от нас. Когда мы наблюдаем галактики, до которых от нас два миллиарда световых лет, то по определению видим их такими, какими они были два миллиарда лет назад. Если Вселенная непрерывно развивается (модель Большого взрыва), следовательно, мы наблюдаем именно этот уголок Вселенной в более нежном возрасте, а значит, в ином состоянии. Согласно же модели стационарной Вселенной Вселенная всегда пребывала в одинаковом состоянии. Следовательно, можно рассчитывать, что отдаленное прошлое Вселенной выглядело в точности так же, как и наше нынешнее космическое окружение. Райл воспользовался случаем, который предоставил ему этот прогноз – ведь его можно было проверить на опыте – и начал собирать обширную коллекцию радиоисточников и считать, сколько из них приходится на разные интервалы интенсивности. Поскольку у Райла не было никакой возможности узнать точное расстояние до большинства из этих источников (они находились вне чувствительности оптических телескопов), Райл сделал простейшее предположение: более слабые из наблюдаемых радиоисточников в среднем находятся дальше, чем те, сигналы от которых сильнее. Он обнаружил, что слабых источников гораздо больше, чем сильных. Иными словами, похоже, что плотность источников, которые находятся на расстояниях в миллиарды световых лет (и тем самым отражают состояние Вселенной миллиарды лет назад) гораздо больше, чем нынешняя плотность радиоисточников неподалеку от нас. Это, конечно, никак не соответствует модели неизменной Вселенной и при этом вполне согласуется с идеей космоса, который эволюционирует с момента Большого взрыва, если только предположить (совершенно справедливо, как мы теперь знаем), что галактики склонны излучать интенсивные радиосигналы скорее в юности, чем в своем нынешнем, более старом состоянии.

Свои результаты Райл представил 6 мая 1955 года, когда выступал с престижной галлеевской лекцией, названной в честь знаменитого астронома XVII века. Имени Хойла он даже не упомянул, а авторами концепции стационарной Вселенной назвал лишь о «Бонди и прочих». Вердикт Райла был недвусмыслен: «Если мы примем заключение, что большинство радиозвезд лежит вне нашей галактики – а не принять его, похоже, затруднительно – объяснить данные наблюдений в терминах стационарной Вселенной окажется невозможно».

Неделю спустя, на конференции Королевского астрономического общества, которая состоялась 13 мая, Райл совместно со своим студентом Джоном Шейкшафтом возобновил натиск и с радостью заявил: «Приходится сделать вывод, что отдаленные области Вселенной отличаются от расположенных по соседству с нами, и этот результат не согласуется с космологическими теориями стационарной Вселенной, зато вполне может быть объяснен в терминах эволюционирующей Вселенной».

Столкнувшись со столь серьезными нападками, Голд и Бонди, присутствовавшие на конференции Королевского астрономического общества, были вынуждены защищаться. Голд счел нужным в первую очередь хитроумно намекнуть слушателям, что Райлу прежде случалось ошибаться. Он подчеркнул, что «рад, что все наконец согласны, что многие такие источники лежат вне галактики», как, в сущности, предположил и он сам четыре года назад, когда «Мистер Райл… счел, что подобное предположение может быть основано на неверном понимании данных наблюдений». Затем он отметил, что на основании представленной информации «весьма поспешно было бы считать, что подавляющее большинство слабых источников сильно удалены». Он предостерег, что если источники не одинаковы а, напротив, интенсивность излучаемого радиосигнала может сильно отличаться от источника к источнику, то подсчеты Райла могут оказаться бессистемной мешаниной из близких и дальних источников. Бонди тоже отнесся скептически к интерпретации результатов, предложенной Райлом. С его точки зрения погрешность подсчетов не позволяла делать окончательные выводы. И, чтобы подвести черту, Бонди напомнил слушателям, что все прежние попытки определить геометрию Вселенной на основании подсчета галактик приводили к совершенно иным результатам.

Нечего и говорить, что сам Хойл не согласился с результатами Райла. Однако он не стал ввязываться в длительные споры и решил подождать, когда появятся более точные данные наблюдений и можно будет развенчать выводы Райла на их основании. К удивлению многих астрономов, данные, противоречащие результатам Райла, и в самом деле появились. В 1957 году австралийские радиоастрономы показали, что в прежние подсчеты Райла вкралась серьезная ошибка: карта радиосигналов, которую он составил, была до того размыта, что зачастую за один радиоисточник принимали совокупный сигнал двух или трех источников. Заключение австралийских ученых было однозначным: «Выводы космологического характера, сделанные из этого анализа, лишены оснований».

Хойл даже злорадствовать не стал. В 1957 году вышла в свет прославленная статья B²FH, и Хойл с головой погрузился в изучение синтеза элементов, а космологию стационарной Вселенной оставил в стороне. Однако от него не ускользнуло, что создание большинства ядер в недрах звезд (а не в результате Большого взрыва) можно считать по крайней мере косвенным подтверждением гипотезы стационарной Вселенной, по крайней мере косвенным. В том же году Хойл был избран действительным членом Королевского общества – честь, благодаря которой он обрел академический статус, равный статусу Райла. Но Райл не сдавался. Его рабочая группа продолжала улучшать и совершенствовать и инструментальную базу, и методы обработки и анализа данных. В результате их стараний был выпущен «Третий кембриджский каталог радиоисточников» (в научном мире он называется «Каталог ЗС»). К началу шестидесятых годов группа Райла даже получила в распоряжение даже совершенно новую радиообсерваторию, созданную в 1961 году на средства компании-производителя электроники «Муллард».

Интеллектуальные стычки между Райлом и Хойлом продолжались, и их кульминацией стал один особенно неприятный инцидент. Хойл впоследствии описал этот оскорбительный для него случай в автобиографической книге «Дом там, куда ветер дует» («Home Is Where the Wind Blows»). Все началось с невинного на первый взгляд телефонного звонка из компании «Муллард» в начале 1961 года. Звонивший пригласил Хойла с супругой на пресс-конференцию, где Райл должен был представить новые результаты, весьма интересные для Хойла. Когда супруги приехали в головную контору компании «Муллард», жену Хойла Барбару пригласили сесть на почетное место в первом ряду, а место Хойла оказалось на сцене, лицом к журналистам. Хойл не сомневался, что сообщение будет связано с подсчетом радиоисточников по интенсивности, однако даже подумать не мог, что его пригласят услышать результаты, настолько противоречащие теории стационарной Вселенной. Вот как он сам об этом пишет:

«Как я мог подумать, что новые результаты, о которых вот-вот сообщит Райл, противоречат моей точке зрения? Не может же он оказаться таким коварным: если бы они и правда противоречили, меня не стали бы подвергать подобному унижению. Наверняка Райл сейчас скажет, что его результаты подтверждают теорию стационарной Вселенной, а вслед за этим благородно извинится за то, что прежние его результаты оказались неверными. Поэтому я стал придумывать не менее благородный ответ.»

К сожалению, случилось именно то, что Хойл считал немыслимым. Выйдя на сцену, Райл не ограничился кратким сообщением, как говорилось в приглашении, а пустился в высокоученые, нашпигованные терминами рассуждения о результатах своего четвертого, более масштабного исследования. А в заключение уверенно заявил, что теперь результаты недвусмысленно показывают, что в прошлом плотность радиоисточников была больше, а следовательно, теория стационарной Вселенной неверна. Потрясенного Хойла просто попросили прокомментировать результаты. Не веря своим глазам и ушам, он униженно выдавил несколько фраз и поспешно ушел. В следующие несколько дней пресса подняла по этому поводу большой шум, который вызвал у Хойла такое отвращение, что он неделю не подходил к телефону и даже не пришел на следующую конференцию Королевского астрономического общества 10 февраля. Даже Райлу стало ясно, что пресс-конференция вышла за рамки допустимого в цивилизованном обществе. Он позвонил Хойлу с извинениями и добавил, что когда соглашался выступить на пресс-конференции «Муллард», то «представления не имел, чем это обернется».

Однако несмотря на подобные катастрофы в области этикета, с чисто научной точки зрения доводы Райла становились все убедительнее и убедительнее, и к середине шестидесятых годов подавляющее большинство астрономического сообщества согласилось, что сторонники теории стационарной Вселенной проиграли битву (на илл. 30 слева направо – Хойл, Бонди и Голд на конференции в середине шестидесятых). Последним доводом против теории стационарной Вселенной стало открытие исключительно активных галактик, в которых аккреция вещества на сверхмассивную черную дыру в центре галактики высвобождает достаточно излучения, чтобы подсветить всю галактику. Такие объекты, получившие название квазаров, светятся настолько ярко, что видны даже в оптические телескопы. Данные наблюдений позволили астрономам при помощи закона Хаббла определить расстояние до этих источников и убедительно показать, что квазары в прошлом и в самом деле были распространены больше, чем сейчас. Вывод был неизбежен: Вселенная эволюционирует и в прошлом была плотнее. Тут доводы против модели стационарной Вселенной стали расти как снежный ком. В частности, в 1964 году ученые Арно Пензиас и Роберт Уилсон сделали открытие, которое поставило на ней окончательный крест, и признать этого не могли только самые твердолобые приверженцы теории стационарной Вселенной.

Пензиас и Уилсон работали в лабораториях телефонной компании Белла в Нью-Джерси, где для спутников связи была построена антенна. К вящей досаде Пензиаса и Уилсона, они постоянно ловили какой-то фоновый радиошум, микроволновое излучение, судя по всему, одинаково идущее со всех сторон. Сначала исследователи хотели списать это неприятное «шипение» на приборный эффект, но затем объявили, что обнаружили в межгалактическом пространстве повышение температуры примерно до трех градусов по Кельвину (на три градуса выше абсолютного нуля). Поскольку у Пензиаса и Уилсона недоставало специального образования и опыта, они не сразу поняли, что открыли. Однако Роберт Дикке из Принстонского университета мгновенно сообразил, о чем идет речь. Дикке конструировал радиометр, при помощи которого хотел зарегистрировать реликтовое излучение, оставшееся после Большого взрыва: существование подобного излучения уже предсказали Альфер, Германн и Гамов. Впоследствии верное толкование, которое Дикке дал результатам Пензиаса и Уилсона, буквально преобразило теорию Большого взрыва, превратило ее из гипотезы в физическую реальность, подтвержденную экспериментально. По мере расширения Вселенной невероятно горячий, плотный и непрозрачный огненный шар, постепенно остывая, достиг наконец нынешней температуры, составляющей приблизительно 2,7 кельвина.

С тех пор наблюдения космического микроволнового излучения привели к появлению самых точных измерений в космологии. Теперь мы знаем температуру этого излучения до третьего знака после запятой, а это очень важно: она составляет 2,725 кельвина. А его интенсивность зависит от длины волны в точности так, как и должно быть у теплового излучения, что подтверждает прогнозы теории Большого взрыва. Но Хойл был непоколебим даже перед лицом подобных несокрушимых аргументов против теории стационарной Вселенной. Он заявил, что космическое микроволновое излучение – это не реликт Большого взрыва, оно исходит от неких внегалактических железных «усов», которые поглощают и рассеивают инфракрасный свет галактик на микроволновых длинах волн. Предполагалось, что эти железные усы конденсируются из металлических испарений, в частности, из вещества, выброшенного в межзвездное пространство во время взрывов сверхновых звезд.

Несмотря на доблестное сопротивление Хойла, к концу шестидесятых годов большинство ученых окончательно разуверились в теории стационарной Вселенной. Неустанные старания Хойла показать, что все противоречия между теорией и постоянно поступающими данными наблюдений можно как-то объяснить, выглядели все надуманнее и неубедительнее. Хуже того, Хойл, похоже, утратил способность трезво рассуждать, которой когда-то так похвалялся и которая, как предполагалось, отличала его от «чудака». На конференции «Современная космология в ретроспективе» в итальянском городе Болонья в 1988 году он выступил с докладом под названием «Критическая оценка аргументации против теории стационарной Вселенной». Доклад был чистейшим анахронизмом, однако Хойл попытался (должен добавить, безуспешно) убедить слушателей, будто все убедительные свидетельства в пользу Большого взрыва – наличие реликтового излучения, необходимость первоначального синтеза легких элементов (дейтерий, гелий и литий), количество радиоисточников – можно объяснить теорией стационарной Вселенной. Упорное нежелание изменить точку зрения резко контрастировало, в частности, с позицией другого родоначальника теории стационарной Вселенной – Германа Бонди. Вспомним, что Бонди настаивал, чтобы ему показали «ископаемые свидетельства» того, как выглядела Вселенная в прошлом, если уж она и вправду развивается. На той же конференции в Болонье Бонди тоже прочитал доклад, где признал, что подобные ископаемые свидетельства и вправду нашлись – это и изобилие в космосе гелия, который, скорее всего, синтезировался во время Большого взрыва, и реликтовое излучение, которое в точности совпадает со всеми прогнозами теории Большого взрыва. Поэтому Бонди великодушно заключил: «Таким образом, мое давнее требование показать мне подобные ископаемые свидетельства наконец-то удовлетворено».

А вот Хойл упорно продолжал отстаивать несколько усовершенствованную модель стационарной Вселенной (он назвал ее «квазистационарной моделью») – любой ценой, любыми средствами. Уже в 2000 году, в восемьдесят пять лет, Хойл написал книгу под названием «Иной подход к космологии» (Fred Hoyle, Jayant Narlikar, Geoff Burbidge A Different Approach to Cosmology), где вместе с соавторами Джайантом Нарликаром и Джеффом Бербиджем разъяснял квазистационарную модель во всех подробностях и объяснял, почему они не согласны с теорией Большого взрыва. В знак презрения к научному истеблишменту они поместили на страницах книги фотографию стада гусей, бредущего по грязи, с подписью: «Так нам видится конформистский подход к стандартной космологии (не имеющей отношения к Большому взрыву). Мы устояли перед соблазном назвать некоторых ведущих гусей по фамилии». Однако к этому времени Хойл уже так давно перестал быть авторитетом в космологии, что почти никто не стал даже тратить время на то, чтобы указать ему на недостатки квазистационарной модели. Лучше всех, пожалуй, об этой книге высказался рецензент «The Sunday Telegraph», причем это высказывание относится не столько к содержанию книги, сколько к неугомонному характеру Хойла: «Хойл систематически рассматривает доводы теории Большого взрыва и думает, что не оставил от них камня на камне… Да, когда человек так предан делу разрушения, это вызывает пиетет… Остается надеяться, что когда я, подобно Хойлу, достигну восьмидесятипятилетнего рубежа, то буду обладать хотя бы одной тысячной его боевого задора».