Вчера, 14-го декабря 2011 года, исполняется 22 года с тех пор, как ушел из жизни лауреат Нобелевской премии мира академик Андрей Сахаров (21.05.1921 – 14.12.1981). Старший научный сотрудник Отделения теоретической физики ФИАН Борис Альтшулер рассказывает о гипотезе происхождения галактик и звезд, выдвинутой Сахаровым в 60-х годах, и экспериментальных доказательствах нашего времени.

В 1965 году А.Д. Сахаров опубликовал статью в ЖЭТФ под названием «Начальная стадия расширения Вселенной и возникновение неоднородности расщепления вещества». Это была первая статья Сахарова после долгой работы над советской водородной бомбой, ознаменовавшая возвращение ученого, как он сам выражался, в «большую науку». В этой работе он выдвинул опережающую время, и потому казавшуюся на тот момент «сумасшедшей», гипотезу происхождения астрономических объектов. Согласно этой гипотезе, звезды, галактики и их скопления возникли в результате нарастания начальных неоднородностей, являющихся вакуумными квантовыми флуктуациями холодного барионно-лептонного вещества.

Рис. 1. А.Д. Сахаров.

«По словам самого Сахарова, – рассказывает Борис Альтшулер, – теория гравитационной неустойчивости показывает, как возрастают начальные малые неоднородности плотности, но для того, чтобы найти эти неоднородности, нужны дополнительные гипотезы. В работе 1965 года он предлагает свою гипотезу, правда, для оценки начальной неоднородности использует так называемую модель "холодной Вселенной», согласно которой начальная температура Вселенной предполагалась равной нулю. Этой модели придерживались тогда многие и, в частности, Яков Борисович Зельдович".

Но в том же 1965 году было открыто микрововолновое фоновое излучение, заполняющее Вселенную в качестве отголоска Большого взрыва – так называемое реликтовое излучение. Открытие реликтового излучения однозначно доказало, что Вселенная в начальный момент была не холодной, а наоборот – очень горячей. В своих воспоминаниях Андрей Дмитриевич даже сетует на эту свою «оплошность», и пишет, что

«использование "Холодной» модели в значительной мере обесценило мою первую космологическую работу".

Тем не менее, в 1992 году с помощью спутниковых радиотелескопов была открыта анизотропия реликтового излучения (разница температуры, измеренная в различных направлениях на небе). Обнаруженная анизотропия реликтового фона считается «отпечатком» акустических колебаний первичной плазмы в эпоху рекомбинации, а колебания плазмы, в свою очередь, вызваны первичными квантово-механическими флуктуациями эпохи ранней стадии эволюции Вселенной. Разница «реликтовых температур» различных точек небосвода оказалась довольно мала – в пределах 0,01% от средней температуры реликтового излучения 2,725 K, но достаточна для того, чтобы флуктуации реликтового излучения стали мощным инструментом изучения начальных этапов эволюции Вселенной, а гипотеза Сахарова считалась идейно верной.

«Ничтожные в наше время вариации температуры реликтового излучения являются "отпечатками» первичных флуктуаций плотности вещества и космологических гравитационных волн – тех самых неоднородностей, которые описал Сахаров. Андрей Дмитриевич дал объяснение физической природы одного из важнейших видов этих флуктуаций, который называется теперь «сахаровские осцилляции». Достаточно набрать в поисковой системе это словосочетание или по-английски «Sakharov oscillations», чтобы убедиться, как активно использует идеи Сахарова современная наука", – объясняет Борис Альтшулер.

Девятью годами позже, в 2001 году, ученые пошли дальше и исследовали осцилляции в крупномасштабном распределении галактик. Крис Миллер, Роберт Нихол (Университет Карнеги Меллон, Питтсбург, США) и Дэвид Батуски (Университет Мэйн, Ороно, США) проанализировали пространственный спектр флуктуаций распределения галактик и их скоплений по данным нескольких каталогов. Результатом явился спектр пространственных флуктуаций наблюдаемой в наше время плотности вещества, который также свидетельствовал о колебаниях.

Таким образом,

гипотеза происхождения звезд и галактик стала одной из тех работ Андрея Дмитриевича, что нашли свое подтверждение лишь спустя годы. Значительное опережение текущего развития науки – было и остается (пока некоторые из его идей еще ждут подтверждения) главным феноменом Сахарова как ученого.