верил в леметровский первичный атом или космическое яйцо, как бы это ни называлось. В интервью радиостанции BBC 28 марта 1949 года он даже попытался высмеять эту теорию, назвав ее «Большим взрывом» – это словосочетание оказалось настолько удачным, что лучшего термина для зарождения Вселенной никто так и не смог придумать.

Хойл не верил, что все вещество в мире было создано одновременно миллиарды лет назад, а считал, что во Вселенной все время возникают новые атомы водорода, так, что ее средняя плотность остается постоянной, несмотря на общее расширение. В этой так называемой стационарной модели, которую он опубликовал в 1948 году вместе со своим коллегой из Кембриджа Томасом Голдом, не было места нуклеосинтезу – синтезу новых атомных ядер – в первичном взрыве. Вместо этого все атомы тяжелее водорода синтезировались в недрах звезд.

В 1946-м, за два года до появления статьи αβγ, Хойл уже опубликовал в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 40-страничную статью про звездный нуклеосинтез. Спустя восемь лет появилась написанная им 25-страничная статья в журнале Astrophysical Journal Supplement с дополнительными подробностями. Потом он вместе с американским физиком Вилли Фаулером и британско-американскими астрофизиками Маргарет и Джефри Бербидж написал монументальную эпохальную статью для журнала Reviews of Modern Physics4.

Опубликованную в октябре 1957 года статью «Синтез элементов в звездах» впоследствии стали называть B2FH – по первым буквам фамилий четырех ее авторов. Это еще одна веха в истории астрофизики и еще одно причудливое сокращение. Но в отличие от статьи αβγ всего из четырех абзацев, статья B2FH заняла целых 108 страниц – в ней 13 глав, множество графиков, уравнений, таблиц и диаграмм ядерных реакций.

Теперь мы знаем, что Альфер с Гамовым были правы, утверждая, что гелий образовался во время Большого взрыва, а последующий нуклеосинтез добавил лишь небольшое количество этого элемента. Но Бербиджи, Фаулер и Хойл попали в самую точку, утверждая, что такие элементы, как углерод, азот, кислород, натрий, алюминий, кремний, хлор и даже железо синтезируются в ядерных котлах в недрах звезд – великих печах Эддингтона.

Статься B2FH начинается с удачной цитаты из шекспировского «Короля Лира»: «В небе звезды Судьбою нашей сверху руководят» [12]. И они-таки руководят, не в астрологическом, а самом буквальном смысле: то, из чего мы состоим: атомы углерода в наших мышцах, кальций у нас в костях, железо в нашей крови – все это возникло в звездах. Как поется в балладе «Вудсток», написанной в 1969 году фолк-рок-певицей Джони Митчелл, «мы звездная пыль, мы углерод, которому миллиард лет».

Ну хорошо, значит, описанная во всеобъемлющей статье B2FH теория звездного нуклеосинтеза говорит нам о происхождении привычного окружающего нас мира – атомов, из которых состоят мыши, мотоциклы и горы. Но чтобы узнать больше о загадочной темной материи в нашей Вселенной, придется, как это понял Пиблс сразу же после открытия фонового реликтового излучения, снова обратиться к короткой статье αβγ.

Это открытие Арно Пензиаса и Роберта Уилсона (кратко описанное в главе 1), которое они сделали в 1964 году, забило третий (и последний) гвоздь в гроб стационарной модели Хойла и Голда. Первым было постепенное осознание наличия во Вселенной большого количества гелия – около 24 %массы всех атомов приходится на второй по легкости элемент. (Почти 75 % массы всех атомов сосредоточено в атомах водорода, на все остальные элементы вместе взятые приходится менее 2 %.) Да, конечно, гелий синтезируется также и в раскаленных недрах звезд, но не в таком большом количестве – это способен обеспечить только нуклеосинтез Большого взрыва.

Вторым подтверждением теории Большого взрыва стало открытие радиоастрономами того, что свойства очень далеких галактик сильно отличаются от свойств галактик в наших окрестностях Вселенной. Поскольку свет далекой галактики шел до нас миллиарды лет, то отсюда следует, что в прошлом галактики выглядели не так, как сейчас. Другими словами, Вселенная не стационарна, а эволюционирует, в соответствии с теорией Большого взрыва.

Открытие фонового реликтового излучения – известного также как микроволновой фон из-за того, что максимум в его спектре приходится на длину волны около одного миллиметра, – окончательно решило спор в пользу Большого взрыва: реликтовое излучение по праву называют «эхом творения». (Я вернусь к обсуждению особенностей фонового микроволнового излучения в главе 17.) Когда Боб Дике предложил своему канадскому постдоку: «Ну, Джим, разберись-ка ты с лежащей в основе всего этого теорией», – то Пиблс понимал, что, основательно взявшись за проблему ранней Вселенной, он сможет пролить свет на химический состав нашего мира. Так что он занялся не только исследованием процесса распространения областей повышенной и пониженной плотности в горячем и вязком «бульоне» из элементарных частиц и излучения, но и постарался разобраться в том, как результат ядерных реакций, протекавших в течение первых нескольких минут после рождения Вселенной – и в особенности количество дейтерия, – менялся в зависимости от постоянно уменьшавшейся плотности материи.

Эта книга не про Большой взрыв, и поэтому я не собираюсь слишком углубляться в данную тему, отмечу лишь самое важное для нас обстоятельство – первые нуклоны (то есть составляющие атомных ядер – протоны и нейтроны) образовались из элементарных частиц, называемых кварками, когда Вселенной было около одной секунды от роду. Из-за их массы протоны и нейтроны также называют барионами, от греческого слова βαρύς, означающего «тяжелый».

Вначале протонов и нейтронов было почти поровну, но вскоре ситуация радикально изменилась. Из-за чрезвычайно высокой температуры в новорожденной Вселенной отдельные барионы вначале не могли соединяться в атомные ядра. И хотя в составе атомного ядра нейтроны устойчивы, свободные нейтроны медленно, но верно распадаются, превращаясь в протоны. И за какую-то пару минут количество нейтронов существенно уменьшилось, а доля протонов возросла.

К тому времени, когда температура упала примерно до одного миллиарда градусов (то есть стала достаточно низкой для образования атомных ядер), на нейтроны приходилась всего одна восьмая часть суммарной барионной массы, а все остальное – на протоны. В результате разнообразных ядерных реакций большинство нейтронов оказались в ядрах гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов. Оставшиеся барионы – это протоны, то есть ядра атомов водорода. В ходе этого процесса ядра тяжелее гелия практически не образуются, и после недолгого и чрезвычайно высокоэнергичного периода нуклеосинтеза дальнейшее снижение температуры и плотности в ранней Вселенной привело к прекращению ядерных реакций.

Теперь мы можем без труда рассчитать результат первичного ядерного хаоса. Если вы ничего не напутаете, то обнаружите, что примерно три четверти всей барионной массы Вселенной приходится на водород, а около одной четверти – на гелий, что хорошо согласуется с