Гамов и его последователи доказывали, что в момент творения Вселенная представляла собой невообразимо горячее скопление протонов и нейтронов; затем, видимо, произошло слияние – атомы водорода образовали атомы гелия. Подобное происходит в водородной бомбе или звезде: температуры настолько велики, что протоны – ядра водорода – с огромной скоростью сталкиваются друг с другом и сливаются, превращаясь в ядро гелия. По этому сценарию последующие столкновения водорода с гелием рождают набор следующих элементов, включая литий и бериллий. Гамов предположил, что элементы более высокого порядка могут быть образованы последовательно путем добавления все большего количества субатомных частиц к ядру: иначе говоря, что сотня или более того элементов, составляющих всю видимую Вселенную, были «испечены» в огненном жару Большого взрыва.
В свойственной ему манере Гамов в общих чертах нарисовал свою претенциозную идею и предоставил своему аспиранту Ральфу Альферу доработать детали{35}. Когда работа была закончена, Гамов не смог удержаться от розыгрыша. Он поставил имя физика Ханса Бете на титуле своей работы без его ведома, и она стала известна как альфа-бета-гамма теория.
Гамов обнаружил, что Большой взрыв был действительно настолько мощным, что его жара хватило для образования гелия, который составляет около 25 % массы Вселенной. Работая в другом направлении, «доказательство» теории Большого взрыва можно обнаружить лишь при взгляде на многочисленные звезды и галактики нашего времени – мы понимаем, что они состоят примерно на 75 % из водорода, а на 25 % – из гелия и некоторых других микроэлементов. (Как сказал астрофизик Дэвид Спергель из Принстона: «Каждый раз, покупая воздушный шарик, наполненный гелием, вы покупаете атомы, многие из которых образовались в первые несколько минут после Большого взрыва»{36}.)
Однако у Гамова появились проблемы с расчетами. Его теория была абсолютно верна лишь для очень легких элементов. Но элементы с 5 и 8 нейтронами и протонами чрезвычайно неустойчивы, а потому не могут служить «мостом» для создания элементов с большим количеством нейтронов и протонов. «Мост» смыло на пяти и восьми частицах. Поскольку Вселенная состоит из тяжелых элементов с намного большим количеством частиц, чем 5 и 8 протонов и нейтронов, то, как же они образовались при Взрыве, осталось космической тайной. Неудача Гамова в попытках преодолеть разрыв на пяти и восьми частицах на долгие годы поставила перед физиками нерешенную проблему, отрезая путь его идее о том, что все элементы Вселенной возникли в момент Большого взрыва.
Микроволновое реликтовое излучение
В то же время Гамовым овладела другая идея: если Большой взрыв был так невообразимо горяч, то, возможно, часть его остаточного «жара» все еще циркулирует во Вселенной. Если так, то этот жар предоставил бы «ископаемую запись» о Большом взрыве. Возможно, интенсивность Большого взрыва была настолько невообразимой, что Вселенная до сих пор наполнена однородной туманностью его излучения.
В 1946 году Гамов предположил, что Большой взрыв – это взрыв сверхгорячего ядра нейтронов. То было вполне разумное предположение, поскольку о других субатомных частицах (помимо электрона, протона и нейтрона) известно было очень мало. Гамов понял, что если бы он смог оценить температуру нейтронного шара, то смог бы подсчитать количество и природу излучения, которое тот испускал. Через два года Гамов доказал, что излучение этого сверхгорячего ядра действовало бы как излучение абсолютно черного тела. Это совершенно особый вид излучения, отдаваемого горячим объектом: свет, падающий на него, объект поглощает полностью, испуская излучение особым образом. Например, Солнце, расплавленная лава, горячие угли в огне и горячая глина в печи светятся желто-красным и испускают излучение абсолютно черного тела. (Излучение абсолютно черного тела было впервые открыто известным фабрикантом фарфора Томасом Веджвудом в 1792 году. Он заметил, что при обжиге в печи свежеизготовленных изделий они меняют свой цвет от красного к желтому, затем к белому по мере того, как повышается температура.)