Звездочёты. 100 научных сказок - Николай Николаевич Горькавый

10 ноября 1938 года стала «Хрустальной ночью» – в Германии начались еврейские погромы, после чего на следующий день городские тротуары были усыпаны осколками стекла от разбитых витрин магазинов.

В эти трагические дни и началась уникальная международная операция по спасению еврейских детей из Германии, Австрии, Польши и Чехословакии. Была создана «Организация детей-беженцев», которая добилась от Великобритании разрешения на пересечение британской границы детьми без виз и родителей. Нацисты согласились выпустить детей из Германии, но запретили использовать немецкие порты. Поэтому дети выезжали поездами в нейтральную Голландию, а затем на паромах отправлялись в Англию. Нацисты составили список немногочисленных вещей, которые могли взять с собой маленькие беженцы, и, кроме того, запретили родителям провожать их на вокзальных перронах.

Первый пароход с детьми-беженцами прибыл в английский порт Харвич 2 декабря 1938 года. За девять месяцев, оставшихся до начала Второй мировой войны (1 сентября 1939 года), в Британию было вывезено около 10 000 детей. Именно таким ребенком-беженцем был Арно Пензиас, которого в шестилетнем возрасте вывезли из Германии в рамках операции «Киндертранс порт» («Детский транспорт»).

Обычно спасённые дети попадали в новые семьи, к опекунам. Немногие смогли увидеть своих родителей после войны, потому что огромное количество еврейских семей в Европе было уничтожено нацистами, озверевшими в ходе катастрофической для них войны. Арно повезло – его разлука с мамой и папой оказалась недолгой: спустя несколько недель после отъезда мальчика в Британию родители сумели сами бежать из Германии, и семья воссоединилась. Надо ли объяснять, какой радостной была эта встреча, особенно на фоне трагических событий тех лет.

Арно с родителями поселился в США, где вырос и закончил Колумбийский университет. В 1961 году, за год до защиты диссертации, молодой человек стал работать научным сотрудником в лаборатории компании «Белл» (Bell Telephone Laboratories). В те годы компания «Белл» специализировалась в области телефонной и радиосвязи, активно работала с NASA над проектом «Эхо» – запуском в космос два спутника, которые представляли собой надутые шары из металлизированной плёнки: один – диаметром в 30,5 метра, другой – в 41 метр. Эти огромные шары использовались для космической связи как пассивные отражатели радиоволн. Передающая станция с Земли посылала в направлении спутника-баллона радиоволну; она отражалась от него и улавливалась чувствительной приёмной антенной, сделанной в виде огромного рупора и установленной в другой точке Земли. Хотя возможность передачи радиосигнала этим способом была подтверждена, более перспективными оказались активные спутники-ретрансляторы, которые улавливали сигнал с Земли, значительно его усиливали и снова отправляли вниз. Спутник-ретранслятор «Тел-стар» был создан в лаборатории «Белл». Для приёма сигнала с него использовалась антенна-рупор, напоминавшая лежащий на земле огромный рог. После успешного завершения экспериментов с «Телстаром» антенна больше не использовалась.

Пензиас предложил руководству лаборатории «Белл» модифицировать антенну для радиоастрономических наблюдений. Руководство согласилось.

Весной 1963 года к Пензиасу присоединился американский физик Роберт Вильсон, выходец из Техаса. Вместе они стали превращать антенну-рупор в сверхчувствительный инструмент для радиоастрономических наблюдений.

С самого начала Пензиас и Вильсон знали, что в антенне есть заметный дефект – она «шумела», то есть ловила непонятный радиошум. Инженеры, которые прежде работали на ней и регистрировали сигналы спутников, пытались избавиться от помех, но у них ничего не получалось.

Пензиасу и Вильсону тоже мешал этот постоянный шум в антенне, не связанный с каким-либо известным фактором. Сначала они рассмотрели все возможные причины шума – например, воздействие радиоизлучения огромного города Нью-Йорка, расположенного неподалёку. Однако все известные источники радиошума располагались в определённых направлениях, а таинственный шум шёл отовсюду.

За 1964 год учёные безуспешно испробовали самые разные варианты избавления от шума, включая очистку антенны от голубиного помёта, который авторы научной статьи деликатно назвали «белым диэлектрическим веществом», а также изгнание самих голубей.

Ничего не помогало! Антенна упорно регистрировала шум, который соответствовал радиоизлучению чёрного тела с температурой в 3,5 градуса Кельвина.

– Что это значит? – спросила Галатея.

– Как мы уже узнали из другой сказки, Планк вывел универсальную формулу излучения тела в зависимости от его температуры. Во-первых, эта формула задавала вид спектра тела – то есть зависимость интенсивности его свечения от длины волны. Планковский спектр описывался плавной кривой с одним «горбом», или максимумом, на определённой длине волны. Во-вторых, из этой формулы следовало, что при нагреве тела интенсивность свечения росла и одновременно максимум спектра смещался в сторону коротких волн. Умеренно нагретый кусок металла или холодная звезда слабо светятся красным, нагретые сильнее – жёлтым, а самые горячие звёзды оказываются самыми яркими и голубыми. Верно и обратное: если тело остужать, его спектр смещается в длинные волны: сначала до инфракрасного излучения, а потом до радиодиапазона. Радиоизлучение с температурой в 3,5 градуса по Кельвину означает, что такие радиоволны может излучать тело, имеющее температуру минус 270 градусов по Цельсию.

– Это температура ужасного мороза! – удивилась Галатея.

– Верно. Пензиас и Вильсон получили странный результат – их антенна шумела так, словно Вселенная была заполнена очень холодным веществом. Ещё страннее то, что интенсивность этого излучения не зависела от направления. Все известные обычные радиоисточники были локальными: отворачивая от них антенну, можно убрать и сигнал. Но странный шум шёл отовсюду, из любой точки на небе.

В начале 1965 года Пензиас узнал от знакомого физика, что в Принстонском университете, который находился всего в полусотне километров от их радиоантенны, группа знаменитого учёного Дикке работает над поиском остаточного излучения от взорвавшейся Вселенной – и они могут знать, что происходит с антенной-рупором, с которой возились Пензиас и Вильсон.

Пензиас набрался смелости и позвонил Дикке.

Роберт Дикке был известным профессором легендарного Принстонского университета. Кроме Гамова, другие учёные тоже приходили к мысли об осциллирующей Вселенной. Идею об её расширении как о фазе, следующей за предшествовавшим сжатием, разрабатывал и Роберт Дикке. Он отмечал: «…я боюсь говорить о „рождении“ Вселенной, ибо полагаю, что Вселенная не была „рождена“, а скорее эволюционировала из прежней коллапсированной фазы… Можно полагать, что во время коллапса Вселенной энергия электромагнитного поля и нейтринного излучения чрезвычайно возрастает аналогично излучению при… сжатии, пока, наконец, не достигается тепловое равновесие при температуре свыше десяти миллиардов градусов Кельвина. Неизвестным в настоящее время образом этот коллапс может быть обратим, т. е. Вселенная расширяется от этого очень горячего состояния».

Дикке понимал, что излучение горячей вначале Вселенной может до сих пор существовать в космосе. Летом 1964 года он пришёл к выводу, что это остаточное излучение можно зарегистрировать приборами.

Советские астрофизики А. П. Дорошкевич и И. Д. Новиков в