В любом случае вскоре появилось множество экспериментальных данных, подтверждающих, что Вселенная в разное время выглядит немного по-разному. В 1950-х годах радиоастроном Мартин Райл из Кембриджа и его исследовательская группа, проведя дебаты (Хойл работал по соседству), доказали, что плотность астрономических радиоисточников, находящихся на больших расстояниях, а следовательно, в прошлом, была выше, чем сейчас. После открытия квазаров и некоторых других форм активных галактик, о которых мы поговорим в этой главе чуть позже, стало ясно, что в далеком прошлом они также были намного плотнее.
В 1974 году Райл разделил Нобелевскую премию по физике с коллегой по Кембриджу Энтони Хьюишем, чья студентка Джоселин Белл открыла первый пульсар (подробности чуть позже). Это была первая Нобелевская премия, присужденная за достижения в астрономии. Но не последняя.
Тот факт, что Вселенная за миллиарды лет изменила свой облик, указывал на ошибочность идеального космологического принципа в определении Хойла. Однако вместо того, чтобы утверждать, что Вселенная должна выглядеть одинаково в любом месте и времени, можно ввести космологический принцип, который служит той же цели, что и предложенный Хойлом, то есть распространению принципа Коперника с пространства на время. Нам просто нужно, чтобы модели, создаваемые учеными для описания Вселенной, можно было применять везде и всегда. Спектральные линии и другие базовые физические свойства квазаров — наиболее удаленных объектов, которые мы к тому же наблюдаем в их глубоком прошлом, — ничем не отличаются от тех, что можно наблюдать в современных лабораториях, подтверждая тем самым такой вариант космологического принципа.
Звездный нуклеосинтез
Идеи Хойла получили огромную поддержку, когда он и его коллеги смогли разработать успешную теорию формирования химических элементов в звездах, названную звездным нуклеосинтезом и опубликованную в 1957 году{176}. Это пошатнуло позиции модели Большого взрыва, поскольку механизм первичного нуклеосинтеза не подтвердился.
В 1952 году физик Эдвин Солпитер обнаружил новый способ преодолеть область нестабильности между 5-м и 8-м нуклонами при формировании элементов тяжелее гелия. В открытой им так называемой тройной гелиевой реакции две альфа-частицы, то есть ядра гелия-4 (Не4), сначала объединяются в ядро бериллия-8 (Be8), состоящее из четырех протонов и четырех нейтронов{177}. Однако ядро бериллия нестабильно, что, как мы уже знаем, стало важным ограничением, не позволяющим первичному нуклеосинтезу продолжаться. Солпитер доказал, что при достаточно высокой температуре и плотности ядро Be8 может захватить еще одно ядро Не4, успевая до распада образовать стабильное ядро углерода-12 (С12). Вот как выглядит эта реакция:
Разумеется, углерод — ведущий элемент в возникновении жизни, какой мы ее знаем. Ядра других элементов, также необходимых для жизни, таких как кислород и кальций, тоже могут образовываться из Не4, соединяясь с другими ядрами:
Теоретически такие процессы могли протекать во время Большого взрыва. Однако температура должна была упасть ниже 1 млрд. градусов, поскольку при более высокой температуре ядра распадаются вследствие фотоядерных реакций с той же скоростью, с которой образуются. При такой температуре плотность ранней Вселенной упала до 10-4 г/см3, а этого слишком мало для процессов, описанных Солпитером.
В 1954 году Хойл доказал, что, когда звезда сжигает все свои запасы водорода и схлопывается под воздействием гравитации, ее ядро достигает температуры порядка 100 млн. градусов и плотности около 10 000 г/см3, позволяя тройной гелиевой реакции произойти{178}.