Космология стала точной наукой

У Вселенной было начало. Эта идея стала отправным пунктом изысканий, приведших Джеймса Пиблса и его коллег к формулированию теории Большого взрыва. Иллюстрация с сайта www.nobelprize.org

Нобелевской премии по физике за 2019 год удостоено интернациональное трио ученых. Один из них перевел космологические исследования из области спекуляций в область точных наук, а двое других «заставили» NASA раскошелиться на орбитальную обсерваторию «Кеплер».

Джеймс Пиблс родился в 1935 году в канадском Виннипеге, столице провинции Маннитоба, и получил образование в ее университете. Талантливого канадца переманил к себе Принстонский университет. В свое время именно в Принстоне 30 лет Альберт Эйнштейн бился на проблемой создания единой теории поля. Он еще ничего не знал о сильном и слабом взаимодействиях, определяющих развитие Вселенной, но тем не менее гениально предсказал существование гравитационных волн, за открытие которых также была присуждена Нобелевская премия в 2017 году.

В Нью‑Джерси, где находится Принстон, в конце 50‑х годов прошлого века царила творческая атмосфера, подогретая во многом идеей нашего «экспата» Георгия Гамова и его коллег, которые теоретически рассчитали, что у Вселенной было начало, после которого должно было остаться реликтовое излучение. Эта идея стала отправным пунктом изысканий, приведших Пиблса и его сторонников к формулированию концепции, названной поначалу на научном сленге Большой взрыв (ВВ – Big Bang).

Подтверждение этой гипотезы пришло, когда на орбиту стали один за другим выводить спутники и огромную обсерваторию, названную именем Эдвина Хаббла, открывшего знаменитое красное смещение (Red shift) – свидетельство возникшего после Большого взрыва расширения Универсума. Благодаря открытиям, сделанными с помощью этих научных приборов, было подтверждено существование космического микроволнового фона и его «зернистая» структура (анизотропия, то есть неравномерность). Все это в конце концов привело к открытию ускорения расширения Вселенной. Джеймс Пиблс предположил, что противодействие экспансии пространства обусловлено темными материей и энергией.

С далеких 1970‑х Пиблс исследовал и проблему первичного нуклеосинтеза, то есть образования атомных ядер из совершенно особого состояния вещества – кварк‑глюонной плазмы. Кварки – это строительные блоки барионов, то есть тяжелых протонов и нейтронов, и омега‑гиперона, который почти в два раза тяжелее протона. Все эти идеи теоретика со временем подтвердились в ходе экспериментов. Так же как и принципы, придающие нашей галактике Млечный Путь форму закрученной спирали.

Заслуги двух других лауреатов в теоретическом плане несколько скромнее. Но зато они смогли доказать существование экзопланет, на обнаружение которых никто и не надеялся.

Первый в этом дуэте, конечно же, более старший Мишель Мэйор, родившийся в 1942 году в швейцарской Лозанне, университет которой окончил в 1966‑м. Он доказал свой высокий класс астрофизика в университете, а затем и в обсерватории Женевы, где защитил докторскую диссертацию в 1977 году. Неудивительно, что его научные изыскания удостоились многих наград и в том числе престижной премии Амбарцумяна. Лауреат работал во многих обсерваториях мира, начиная от Кембриджа и кончая Гавайями, а также в обсерватории, расположенной в пустыне Атаками (Чили). В Женевском университете Мэйор в 1995 году стал научным руководителем талантливого 29‑летнего Дидье Кюло, также уроженца Лозанны.

Измеряя допплеровское смещение – изменение частоты и соответственно длины волны излучения, воспринимаемой наблюдателем (приемником), вследствие движения источника излучения и/или движения наблюдателя (приемника) – одного из небесных объектов, учитель и его ученик зафиксировали удивительное быстрое вращение его вокруг одной из звезд в созвездии Пегаса (около 129 световых лет от Земли). Период обращения составляет всего 4,5 дня! Так была открыта первая экзопланета. Масса ее составляет половину массы Юпитера.

Одним из практических следствий этого открытия стало то, что NASA в марте 2009 года вывело на орбиту космическую обсерваторию «Кеплер». К сожалению, «Кеплер» к 2014 году вышел из строя, успев тем не менее зафиксировать положение примерно 3500 кандидатов на звание возможных экзопланет. Более тысячи из них были подтверждены независимыми наблюдениями.

Итак, Нобелевский комитет по физике из более чем 300 номинаций выбрал два подтверждения значимости фундаментальных исследований – как теоретических, так и чисто прикладных.