Как появился "Большой взрыв"

Считается, что этот термин был придуман, чтобы высмеять теорию. Пора восстановить справедливость

Оригинал статьи: https://www.nature.com/articles/d41586-024-00894-z

"Слова подобны гарпунам, - сказал британский физик и астроном Фред Хойл интервьюеру в 1995 году. - Стоит выпустить, и вытащить обратно уже очень". Хойлу тогда было 80 лет, и он говорил о термине "Большой взрыв", который придумал он же 28 марта 1949 года, чтобы описать происхождение Вселенной. Сегодня это популярное понятие, его знают и постоянно используют люди, которые понятия не имеют о том, как именно родилась Вселенная около 14 миллиардов лет назад. Ирония здесь в том, что Хойл глубоко не любил идею Большого взрыва и оставался до самой своей смерти в 2001 году ярым критиком общепринятой космологии Большого взрыва.

Существует несколько заблуждений о том, как именно появился этот термин и какое на самом деле влияние оказал. Одно из заблуждений о цели Хойла, мол, он хотел высмеять или принизить небольшое сообщество космологов, которые считали, что у Вселенной было столь бурное рождение — гипотеза, которая тогда казалась иррациональной. Другое заблуждение состоит в том, что эта группа якобы с энтузиазмом приняла понятие "Большой взрыв", и затем оно разошлось по другим наукам и вошло в повседневный язык. На самом деле, в течение десятилетий ученые игнорировали этот броский термин, даже когда он распространялся в более популярных контекстах.

Первой космологической теорией типа Большого взрыва можно считать, идею бельгийского физика и католического священника Жоржа Леметра. В 1931 году он предложил модель, где в начале был "первичный атом" и с ним случился радиоактивный взрыв. Леметр предположил, что этот изначальный объект был высокорадиоактивным и настолько плотным, что включал в себя всю материю, пространство и энергию всей Вселенной. Из первоначального взрыва, вызванного радиоактивным распадом, в конечном итоге образовались бы звезды и галактики, рассуждал он. Леметр метафорически говорил о своей модели как о "теории фейерверка" Вселенной, где фейерверк состоял из продуктов распада первоначального взрыва.

Но космология Большого взрыва в ее современном понимании выглядит иначе: Вселенная была создана во вспышке энергии и с тех пор расширялась и остывала. Такой подход получил развитие только в конце 1940-х годов, благодаря серии статей советско-американского физика-ядерщика Георгия Гамова и его американских коллег Ральфа Альфера и Роберта Германа. Гамов выдвинул гипотезу, что ранняя Вселенная должна была быть настолько горячей и плотной, что была заполнена первичным супом из излучения и ядерных частиц, а именно нейтронов и протонов. В таких условиях эти частицы постепенно собирались бы вместе, образуя атомные ядра по мере охлаждения температуры. Следуя термоядерным процессам, которые должны были происходить в этой огненной молодой Вселенной, Гамов и его коллеги попытались рассчитать, как получилось видимое сегодня во Вселенной изобилие химических элементов в своей влиятельной статье 1948 года.

Борьба идей

В том же году радикально иную картину Вселенной представили Хойл и космологи австрийского происхождения Герман Бонди и Томас Голд. Их теория стационарного состояния предполагала, что в крупном масштабе Вселенная всегда выглядела одинаково и будет выглядеть так вечно. По словам Гамова, идеи "ранней Вселенной" и "старой Вселенной" были бессмысленны в космологии стационарного состояния, которая постулировала Вселенную без начала и конца.

В течение следующих двух десятилетий развернулся эпический спор между этими двумя несовместимыми системами научных взглядов. Часто этот спор изображают как борьбу между теорией Большого взрыва и теорией стационарного состояния или даже персонализируют как битву между Гамовым и Хойлом. Но это неверное представление.

Обе стороны, и большинство других физиков того времени, принимали тот факт, что Вселенная расширяется — как это продемонстрировал американский астроном Эдвин Хаббл в конце 1920-х годов, наблюдая за тем, как большинство галактик удаляются от нашей. Но привычная сегодня идея, о том, что Вселенная начала существовать в один момент времени, многими рассматривалась как иррациональная. В конце концов, как можно было объяснить причину первоначального взрыва, учитывая, что время возникло только вместе с ним? На самом деле, теория Гамова о ранней Вселенной почти не играла роли в этих дебатах.

Скорее, более важным вопросом в то время было, эволюционирует ли Вселенная в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, которая предсказывала, что она либо расширяется, либо сжимается, а не находится в стационарном состоянии. Хотя теория Эйнштейна не требует Большого взрыва, она действительно подразумевает, что Вселенная выглядела иначе в прошлом, чем сейчас. И постоянно расширяющаяся Вселенная не обязательно подразумевает начало времени. Расширяющаяся Вселенная могла бы возникнуть из меньшего предшественника, как предположил Леметр еще в 1927 году.

Меткая, но невинная фраза

28 марта 1949 года Хойл — известный популяризатор науки — выступил в радиопередаче в эфире BBC, где он противопоставил эти два взгляда на Вселенную. Тогда Хойл упомянул "гипотезу о том, что вся материя во Вселенной была создана в одном большом взрыве в определенный момент далекого прошлого". И эта (научно-популярная - прим. SciOne) лекция действительно дала жизнь тому самому космологическому термину "Большой взрыв". Полная стенограмма выступления была воспроизведена позже в журнале BBC The Listener, и Хойл упомянул об этом в своей книге 1950 года "Природа Вселенной", которая была основана на серии радиопередач на BBC, которые провел ранее в том же году.

Хотя Хойл решительно отвергал идею внезапного происхождения Вселенной как неприемлемую как с научной, так и с философской точки зрения, он позже сказал, что не имел в виду это в насмешливых или издевательских выражениях, как часто утверждалось. Ни один из немногих космологов, кто выступал за взрывающуюся Вселенную, таких как Леметр и Гамов, не был оскорблен этим термином. Хойл позже объяснил, что ему нужны были визуальные метафоры в его передаче, чтобы донести технические моменты до публики, и случайно созданный "Большой взрыв" был одной из них. Он не имел в виду ничего уничижительного или, если на то пошло, важного. (Решал чисто публицистическую задачу - прим. SciOne).

"Большой взрыв" Хойла был новым термином для космологии, но не в науке. Слово "взрыв" (bang) обычно относится к обычному взрывному горению (explosion), скажем, пороха, а большой взрыв может просто означать очень большое и шумное взрывное горение, что-то похожее на фейерверк, как описывал Леметр. И действительно, до марта 1949 года в научной литературе были примеры того, как метеорологи и геофизики использовали этот термин в своих публикациях. В то время как они ссылались на реальные взрывы, "Большой взрыв" Хойла был чисто метафорическим, и автор на самом деле не думал, что Вселенная возникла в результате взрывного горения.

Большой взрыв не стал таким уж большим

В течение следующих двух десятилетий физики и астрономы в значительной степени игнорировали броский термин, придуманный Хойлом. Леметр никогда не использовал "Большой взрыв", а Гамов использовал его только один раз в своих многочисленных публикациях по космологии. Можно было бы подумать, что по крайней мере Хойл отнесся к нему серьезно и продвигал свое изобретение, но он вернулся к нему только в 1965 году, после 16-летнего молчания. Пока "Большой взрыв" не появился в научной статье об образовании элементов в звездах в Scientific Monthly. Ту работу написал американский ядерный физик Уильям Фаулер, коллега, работвший с Хойлом, и будущий лауреат Нобелевской премии по физике.

До 1965 года космологический Большой взрыв, по-видимому, упоминался всего несколько десятков раз, в основном в научно-популярной литературе. Я насчитала 34 источника, в которых упоминалось это название, и из них 23 имеют популярный или общий характер, 7 - научные статьи и 4 - философские исследования. Среди авторов 16 человек из США, 7 из Великобритании, один из Германии и один из Австралии. Ни одна из научных статей не появилась в научных журналах по астрономии.

Среди тех, кто использовал этот термин для обозначения происхождения Вселенной, был американский философ Норвуд Рассел Хэнсон, который в 1963 году придумал свое собственное слово для сторонников того, что он назвал "диснеевской картиной" космического взрыва. Он назвал их "большими взрывателями" (big bangers), термин, который до сих пор можно встретить в популярной литературе — где главным большим взрывателем иногда называют Бога.

Популярное обманчивое название

Вскоре последовал переломный момент в современной космологии. В 1965 году сообщение американских физиков Арно Пензиаса и Роберта Вильсона об открытии реликтового излучения — фона из радиоволн, приходящих со всего неба — было воспринято как остатки излучения горячей в прошлом Вселенной. "Эти сигналы указывают на Вселенную 'Большого взрыва'" — объявила New York Times 21 мая 1965 года. У Вселенной действительно была младенческая фаза, как предполагали Гамов и Леметр. Космологическая битва фактически подошла к концу, теория стационарного состояния проиграла, а теория Большого взрыва стала парадигмой в космологических исследованиях. Однако некоторое время физики и астрономы не спешили принять термин Хойла.

Потребовалось время до марта 1966 года, чтобы это название появилось в исследовательской статье в Nature. База данных Web of Science содержит только 11 научных статей в период 1965-69 годов с этим названием в заголовках, за которыми следуют 30 статей в 1970-74 годах и 42 в 1975-79 годах. Учебники по космологии, опубликованные в начале 1970-х годов, не показывали здесь единства в использовании термина. Некоторые авторы использовали "Большой взрыв", некоторые упоминали его лишь вскользь, а другие вообще избегали его. Они предпочитали говорить о "стандартной модели" или "теории горячей Вселенной" вместо недостойной и, признаться, вводящей в заблуждение метафоры Большого взрыва.

Тем не менее, к 1980-м годам это ошибочное название прочно укоренилось в литературе и в обычной речи. Фраза была принята во многих языках, кроме английского, включая французский (théorie du Big Bang), итальянский (teoria del Big Bang) и шведский (Big Bang teorin). Немцы создали свою собственную версию, а именно Urknall, что означает "первоначальный взрыв", слово, которое близко к голландскому oerknal. Более поздние попытки заменить термин Хойла альтернативными и более подходящими названиями потерпели жалкую неудачу.

Разные обличия метафоры

К 1990-м годам "Большой взрыв" стали использовать уже бизнес, политики и массовая культура.

В 1950-х и 1960-х годах этот термин часто намекал на опасность ядерной войны, как это было в пьесе британского драматурга Джона Осборна "Оглянись во гневе", впервые поставленной в 1956 году. Ассоциацию ядерного оружия и взрывного происхождения Вселенной можно найти уже в 1948 году, до того, как Хойл придумал свой термин. По мере роста его популярности, "Большой взрыв" стал использоваться для выражения мощного начала или радикального изменения почти любого рода — например, серию сессий в музыкальной студии в Бристоле в 1927 году называют "Большим взрывом" современной кантри-музыки.

В Великобритании этот термин широко использовался для обозначения краха на Лондонской фондовой биржи в 1986 году. "После Большого взрыва завтра Сити уже никогда не будет прежним", - писал Sunday Express Magazine 26 октября того года. В этом значении термин распространился и на Соединенные Штаты. В 1987 году лингвистический журнал American Speech включил "Большой взрыв" в свой список новых слов и определил "big banger" как "того, кто участвует в Большом взрыве на Лондонской фондовой бирже".

Сегодня, если вы будете искать в интернете "теорию Большого взрыва", вас сначала направят не к космологии, а к популярному американскому ситкому. Спустя семьдесят пять лет название, которое Хойл так небрежно придумал, действительно превратилось в слово, подобное гарпуну: очень трудно вытащить, стоило один раз выпустить.

Автор: Хельге Краг, историк науки, Университет Копенгагена