85. Голуби в рупоре

Весной 1964 года двое радиоастрономов из Лабораторий Белла, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, заметили в своей антенне лишний шум и почти год не могли от него избавиться. Антенна была огромным рупором на холме в Нью-Джерси, её построили для первых опытов со спутниковой связью, а они хотели слушать в неё небо. Мешали несколько лишних градусов. Радиоинженеры меряют шум в градусах: насколько горячим должно быть тело, чтобы шуметь в приёмнике так же. Этот шум был одинаковым во всех направлениях, днём и ночью, летом и зимой.

Они проверили, не шумит ли Нью-Йорк на горизонте или собственная Галактика, заклеили швы алюминиевой лентой. В горловине рупора жила пара голубей: их поймали и увезли подальше, голуби вернулись, и в конце концов их застрелили. То, что птицы оставили после себя, Пензиас назвал белым диэлектрическим материалом, и его тоже вычистили. Шум почти не уменьшился.

Он шёл не от голубей и не от города, а от всего неба сразу. Неподалёку, в Принстоне, группа Роберта Дикке как раз строила антенну, чтобы нарочно искать такое шипение: остывший свет горячего начала мира. Пензиас узнал о них через знакомого радиоастронома и позвонил. Дикке, по рассказам тех, кто был рядом, положил трубку и сказал коллегам, что их обошли. В 1965 году в одном журнале вышли две статьи: принстонская, с объяснением, и статья Пензиаса и Уилсона с сухим заголовком об избыточной температуре антенны. Нобелевскую премию за открытие потом дали тем, кто его не искал.

Космическая паутина была последним узором, который можно показать пальцем. Дальше ткань издалека становится ровно-серой: кусок шириной в несколько сотен миллионов световых лет в среднем похож на любой другой. Поэтому на вершине книги стоит не предмет, собранный из частей, и честнее сказать это сразу. Наблюдаемая Вселенная — шар, из которого свет успел до нас дойти за всё время, и край этого шара не стена, а предел видимости, как горизонт в море. У наблюдателя в другой галактике свой шар с центром в нём самом. Вселенная целиком может быть намного больше или вовсе бесконечной, а мы видим круг вокруг своей лодки.

У этого круга всё-таки есть то, чего нет ни у одной его части. Один фотон остывшего света, его называют реликтовым, температуры не имеет, как не имеет её одна молекула воды: у него есть только своя длина волны. Температура появляется у толпы, когда фотонов много и их длины волн распределены ровно так, как в свечении нагретого тела. Спутник COBE разложил реликтовый свет по длинам волн и не нашёл отклонений от такого чисто теплового свечения. А толпа здесь — всё небо, и оно везде светится одним и тем же холодом, в два и семь десятых градуса над абсолютным нулём. Эти фотоны есть и в комнате, где ты читаешь, несколько сотен в каждом кубическом сантиметре, и ни один из них не родился в звезде.

Общая температура даёт общие часы. Пространство растягивается, свет растягивается вместе с ним и остывает, поэтому температура неба показывает, сколько прошло с начала. Житель любой галактики, измерив её, узнает, который час, не сверяясь ни с кем: если у него тоже два и семь десятых градуса, у него тоже прошло почти четырнадцать миллиардов лет. Возраст есть у звезды и у галактики, но «который час во Вселенной» есть только у целого.

Этот свет вышел в путь, когда Вселенной было несколько сотен тысяч лет: газ остыл настолько, что электроны сели на ядра, получились атомы, и пространство впервые стало прозрачным. Тогда он светил, как поверхность красноватой звезды. По дороге свет растянулся так, что теперь его ловит радиоприёмник, а не глаз. А место, откуда он вышел, за это время отъехало. Улитка ползёт по резиновой ленте, которую всё время растягивают, и когда она доберётся до конца, место старта окажется в три с лишним раза дальше, чем она проползла бы за то же время по неподвижной ленте. Поэтому край видимого мира лежит гораздо дальше, чем свет прошёл бы за возраст Вселенной, и скорость света никто не нарушил: растягивалось пространство.

Ровность неба не абсолютная. Если вычесть перекос от нашего собственного движения, останется рябь: одни места теплее других на стотысячную долю. Для рупора с голубями она была слишком тихой, её расслышал только тот же спутник COBE, в начале девяностых. Это те самые зёрна, из которых выросло всё крупное на небе, только увиденные не в веществе, а в свете: там, где было чуть плотнее, тяготение потом стянуло вещество в нити паутины, в галактики и звёзды.

Весь крупный узор, от спектра реликта до карт миллионов галактик, укладывается в шесть чисел стандартной модели космологии, которые помещаются на обороте почтовой открытки. Из них следуют возраст и скорость расширения, в них же записано, что всё, из чего сделаны звёзды, планеты и мы сами, составляет меньше двадцатой доли целого, а остальное приходится на тёмную материю и тёмную энергию, которых никто не видел напрямую.

С конца прошлого века известно, что расширение ускоряется: далёкие взорвавшиеся звёзды оказались тусклее, чем были бы в замедляющейся Вселенной. Это легко принять за свойство целого, но собранность частей тут ни при чём: в стандартной модели ускорение даёт энергия самой пустоты, поровну в каждом кубометре. Природу этой энергии пока никто не объяснил. Из-за неё большинство галактик, которые мы видим, уже за дверью: их свет до нас дошёл, а наш ответ не дойдёт никогда, как письма из городов, куда больше не ходят поезда. Здесь же учёные спорят о скорости расширения: вычисленная по реликту, она заметно меньше той, что меряют по соседним галактикам, и никто пока не знает, ошибка это в измерениях или новая физика.

Ветвей отсюда не растёт. Выше этажа нет по самому смыслу горизонта: то, что за ним, до нас не дотягивается. Но у вершины есть второй корень, и он уходит в самый низ книги. По теории, которую принимает большинство космологов, рябь в одну стотысячную — это квантовая дрожь поля, та самая, из-за которой ни одно поле не может замереть совсем. В самую первую крошечную долю секунды краткий взрывной рост, который физики зовут инфляцией, растянул эту дрожь до размеров неба. То, как устроена рябь, с этой теорией хорошо сходится, но её прямой след, слабые волны самого пространства от того рывка, пока не найден.

Если теория права, в шуме, который Пензиас и Уилсон пытались вычистить вместе с голубями, записана дрожь пустоты из первой доли секунды. Та самая, до которой мы дошли, разбирая стакан воды.