Текст книги "Гонка за Нобелем"

Стокгольмские сезоны

Как и у природы, у Нобелевской премии есть свои сезоны. Каждый год в октябре начинается сезон объявления победителей в шести номинациях. За этим следует сезон награждения: церемония вручения премии ежегодно проводится 10 декабря, в годовщину смерти Альфреда Нобеля. Существует также менее известный нобелевский сезон: сезон номинации, который заканчивается глухой зимой в полночь 31 января по стокгольмскому времени. Это конечный срок, к которому номинаторы должны представить свой список кандидатур. Здесь нет никаких поблажек и промедление недопустимо.

Я рассчитывал, что одну номинацию смогу использовать для своих коллег из гравитационно-волновой обсерватории LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), которые, по слухам, ходившим в астрономическом сообществе в конце 2015 года, впервые в истории зарегистрировали гравитационные волны. Эти волны, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна, исходили от двух черных дыр с массами примерно в 30 раз больше солнечной, за несколько миллисекунд до их слияния. Подобно тому как корабль оставляет кильватерный след на воде, движущиеся массивные астрономические объекты создают гравитационные волны – «рябь» на ткани пространства-времени. Проект обсерватории LIGO был предложен в начале 1990-х годов Райнером Вайссом, Кипом Торном и Роном Древером, и постепенно вокруг него сформировался целый международный консорциум из тысяч ученых, который несколько десятилетий занимался поиском этой ряби пространства-времени. Я надеялся, что они опубликуют свои долгожданные результаты до 31 января. Но они отказались спешить с анализом, чтобы успеть к дедлайну, произвольно назначаемому Шведской королевской академией наук.

К счастью, детекторы LIGO смогли зафиксировать сигнал почти сразу после ввода установки в эксплуатацию. После месяцев кропотливого анализа более чем 1000 ведущих членов консорциума 11 февраля 2016 года команда наконец объявила о своем поразительном открытии. Многие считали, что это верное нобелевское золото. Восемь месяцев спустя, с приближением нобелевского сезона, слухи стали более интенсивными. Мало кто знал, что срок номинации истек до того, как ученые опубликовали свои результаты. Большинство считали, что премия должна достаться Вайссу, Торну и Древеру, хотя многие также называли Барри Бариша, который в 1994 году фактически спас проект LIGO, когда тот был признан «неперспективным», и с того времени успешно им руководил[81]81
  Adrian Cho, “Will Nobel Prize overlook master builder of gravitational wave detectors?” Science, September 27, 2016, http://www.sciencemag.org/news/2016/09/will-nobel-prize-overlook-master-builder-gravitational-wave-detectors.


[Закрыть].

Если бы команда LIGO успела к дедлайну 31 января 2016 г., даже Бариш признает, что вряд ли вошел бы в число лауреатов, учитывая «правило трех»[82]82
  «Если они подождут год и решат наградить этих трех парней, по крайней мере я буду знать, что они как следует все обдумали. Если же они примут решение [о награждении] уже в октябре [2016 г.], я буду чувствовать себя гораздо хуже, потому что они не сделают свою домашнюю работу» (Барри Бариш, там же).


[Закрыть]. В следующем году, когда был объявлен приз 2017 года по физике, тройка была уже немного другой: Райнер Вайсс, Кип Торн и Барри Бариш, где нобелевское золото вручалось с формулировкой «за решающий вклад в детектор LIGO и за наблюдение гравитационных волн». А почему не Древер?

Тогда как гравитационным волнам, движущимся со скоростью света, потребовалось 1,3 млрд лет, чтобы достичь детекторов LIGO, всего 11 дней изменили судьбу Нобелевской премии по физике 2017 г. Рон Древер, один из трех отцов-основателей LIGO, умер 7 марта 2017 года в возрасте 85 лет, через год после того, как команда LIGO объявила о своем открытии.

Никто не сомневался, что лауреаты Нобелевской премии 2017 года достойны награды. И все же нельзя игнорировать то, как Нобелевский комитет решил одну проблему – запрет на награждение больше трех – с помощью другого произвольного запрета: на посмертное присуждение. В ситуации, когда ученый умер через год после того, как четыре десятилетия кропотливого труда наконец-то увенчались эпохальным открытием, и, таким образом, потерял право на высочайшее признание своих заслуг, было столько же горькой иронии, сколько бессердечия и даже жестокости. Еще печальнее то, что при объявлении о премии 2017 года роль Древера в эксперименте LIGO была преуменьшена[83]83
  Сразу же после объявления имен лауреатов премии по физике 2017 г. Нобелевский комитет постарался оправдать свое решение об исключении умершего Древера из тройки победителей, заявив, что «Древер в конечном итоге оказался за рамками основного направления проекта». См.: “Cosmic Chirps,” “The Nobel Prize in Physics 2017: Popular Science Background,” Nobel Prize website, https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2017/popular-physicsprize2017.pdf.


[Закрыть].

Мертвых не награждать

В 1974 году в статут Нобелевского фонда было внесено новое правило: Нобелевская премия не может присуждаться посмертно[84]84
  См.: http://www.nobelprize.org/nobel_organizations/nobelfoundation/statutes.html.


[Закрыть].

Решение лишить умерших людей права на получение премии, которая была учреждена по завещанию ее основателя после его смерти, можно назвать по меньшей мере странным. Посмертно премия присуждалась всего дважды: в 1931 году – поэту Эрику Акселю Карлфельдту (по литературе) – и в 1961 году – дипломату Дагу Хаммаршёльду (премия мира). Нисколько не умаляя их достоинств, хочу заметить, что оба они были шведами. Более того, Карлфельдт был постоянным секретарем Шведской академии – организации, которая выбирает победителей Нобелевской премии по литературе.

Даже после 1974 года смерть не лишила премии двух лауреатов. В 1996 году Уильям Викри умер через несколько дней после объявления его лауреатом Нобелевской премии по экономике (которая официально называется Премией Шведского национального банка по экономическим наукам памяти Альфреда Нобеля). А в 2011 году Ральф Стейнман скончался буквально за день до объявления его лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине. «Мы все очень растроганы тем, что многолетняя напряженная работа нашего отца удостоена Нобелевской премии, – сказала его дочь Алексис Стейнман на церемонии награждения. – Он посвятил свою жизнь работе и семье и, без сомнения, воспринял бы это как большую честь»[85]85
  Zach Veilleux, “Nobel laureate Ralph Steinman dies at 68,” Rockefeller University website, November 25, 2011, https://www.rockefeller.edu/news/1816-nobel-laureate-ralph-steinman-dies-at-68/.


[Закрыть]. В пресс-релизе Нобелевский фонд заявил, что «решение о присуждении премии Ральфу Стейнману было принято Нобелевским комитетом добросовестно, исходя из предположения, что лауреат жив» и, следовательно, случай подпадает «под положение статута, касающегося человека, который был объявлен нобелевским лауреатом и умер до церемонии вручения премии»[86]86
  Пресс-релиз Нобелевского фонда «Ральф Стейнман остается нобелевским лауреатом», 3 октября 2011 г., https://www.nobelprize.org/nobel_organizations/nobelfoundation/press_releases_archive/2011/steinman.html.


[Закрыть].

Но к чему такие сложности? Разве не лучше разрешить посмертное присуждение премии, если лауреат умирает в течение определенного времени до объявления о награждении?

Конечно, тут могут посыпаться насмешки в духе: «Давайте тогда наградим Шекспира и Гомера премией по литературе, Ньютона – по физике, а Адама Смита – по экономике!»[87]87
  Amy Davidson Sorkin, “Ralph Steinman: Death and the Nobel,” The New Yorker, October 3, 2011, www.newyorker.com/news/amydavidson/ralph-steinman-death-and-the-nobel.


[Закрыть] Но позвольте мне ответить на это известной шуткой, кстати говоря принадлежащей лауреату Нобелевской премии Джорджу Бернарду Шоу. Как-то на светском приеме Шоу заявил, что за деньги люди готовы сделать что угодно – все зависит от суммы.

– Неправда! – заявила его собеседница.

– Вот вы, – спросил Шоу, – согласились бы провести со мной ночь за миллион фунтов?

– Ну, за такую сумму, пожалуй, да.

– А за десять шиллингов?

– Разумеется, нет! За кого вы меня принимаете? За проститутку? – возмутилась дама.

– В принципе мы уже договорились, сейчас же просто выясняем, сколько вы стоите, – сказал Шоу.

Стейнман умер в короткий промежуток времени между принятием решения о присуждении ему премии и публичным объявлением об этом. Но что, если бы он умер за день до принятия решения – комитет наградил бы его? Возможно. А если бы он скончался за шесть месяцев до этого? Нет, как показывает история Рона Древера. Таким образом, нам осталось всего лишь договориться о дате, и она будет справедлива для всех. Я считаю, что было бы разумно разрешить посмертное присуждение премии, если номинант умирает в период между 31 января и той датой, когда Шведская королевская академия наук официально объявляет имена победителей, обычно это начало октября[88]88
  См.: https://www.nobelprize.org/nomination/physics/.


[Закрыть]. В этом случае номинаторам не пришлось бы играть роль ясновидцев, пытаясь предугадать, умрет ли выдвигаемый ими кандидат в ближайшие несколько месяцев или нет.

Установление этой даты было бы справедливо и для семей номинантов. Почему у семей выдающихся ученых отнимают возможность испытать такое же чувство благодарности и гордости, которое испытала семья Ральфа Стейнмана, лишь из-за того, что потенциальный лауреат «неудачно выбрал» дату смерти? Это сделало бы Нобелевскую премию куда более гуманным институтом, как того желал Альфред Нобель.

Сегодня многие ученые получают Нобелевскую премию в весьма преклонном возрасте. Средний возраст лауреатов премии по физике вырос с 41 года в 1930-х годах до 66 лет сегодня, т. е. на четверть века (рис. 20)[89]89
  См.: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/lists/laureates_ages/physics_ages.html.


[Закрыть]. В 2017 году премия по физике была присуждена ученым в возрасте 77, 81 и 85 лет. Уровень сложности, масштабы и временны́е рамки исследований, достойных нобелевского золота, стремительно растут, в то время как финансирование снижается до уровней, которых наука не видела уже много десятилетий. Продолжительность человеческой жизни не может угнаться за темпами этих изменений, что означает, что все больше и больше ученых будут лишаться шанса получить заслуженную ими награду.

Пока я писал эту книгу, из жизни ушли многие из моих старших коллег, которыми я искренне восхищался. Помимо упомянутых мной Веры Рубин и Рона Древера следует также назвать Дебору Джин и Милдред Дресселгауз. То, что ни один из них не получил премию, очень тревожный сигнал для физиков: получается, что случайные правила важнее объективных достижений. Что же будет с премией, если молодые ученые наблюдают отсутствие подлинной меритократии, предполагающей, что заслуги признаются независимо от возраста ученого, политических взглядов, пола, или статуса? Посмертное присуждение Нобелевской премии создало бы замечательный прецедент; это вернуло бы ученым веру в то, что главное – это открытие, независимо от того, сколько времени оно потребует.

Глава 6
Прах к праху

Когда я был ребенком, то обожал комиксы «Мелочь пузатая», но моим любимым персонажем был не главный герой Чарли Браун. Cлишком уж робкий и нервный. И не его сестра Люси – властная и жестокая. Шрёдер был слишком самодовольный и надменный. Вот кого я обожал, так это Пиг Пена, вечно взъерошенного грязнулю, окутанного облаком пыли. Смельчак и бунтарь, он был солью земли. Он плевал на социальные условности, не смущаясь тем, что другие дети убегали при его появлении: настоящие друзья оставались. Жизнь для него не была битвой за популярность. Его пыль была его историей, и он гордился этим.

Космическая пыль невероятно усложняет космологам жизнь, но в ней – история Вселенной. Малозаметная и вездесущая, пыль не бросается в глаза, однако ее невозможно игнорировать, поскольку из пыли образована сама земная твердь под нашими ногами.

И, возможно, за пределами нашей планеты пыль играет еще бо́льшую роль на космической сцене, а не просто служит своего рода космической помехой?

Большой взрыв или Большое сжатие?

Через семь лет после открытия реликтового излучения разбирательство по делу против модели стационарного состояния в защиту Большого взрыва было далеко не закончено. Даже Роберт Уилсон признался, что ни он, ни Арно Пензиас не считали, что открытие реликтового излучения стало приговором для стационарной модели: «По правде говоря, никто из нас не принимал космологию [Большой взрыв] всерьез. На самом деле мы хотели оставить вопрос открытым, чтобы наши коллеги из лагеря стационарной теории могли предложить свое объяснение этого феномена»[90]90
  Mike Wall, “Cosmic Inflation Theory Confirmed? Q&A with Robert Wilson, Co-Discoverer of Big Bang Echo,” Space.com, March 17, 2014, www.space.com/25094-big-bang-inflation-cmb-wilson-interview.html.


[Закрыть].

В своей монументальной монографии по космологии, вышедшей в 1972 году, лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг писал: «В некотором смысле это несогласие является достоинством стационарной модели; она является единственной в космологии моделью, предсказания которой настолько определенны, что ее можно опровергнуть на основании даже тех ограниченных наблюдаемых данных, которые имеются в нашем распоряжении. Стационарная модель настолько притягательна, что многие ее приверженцы все еще пребывают в надежде на то, что аргументы против нее исчезнут при совершенствовании наблюдений. Однако если… космическое микроволновое излучение действительно является излучением черного тела, то очень трудно усомниться в том, что Вселенная развивалась из некоторого более плотного и более горячего состояния в прошлом»[91]91
  Цит. по: Вайнберг С. Гравитация и космология. Принципы и приложения общей теории относительности. – М.: Мир, 1975.


[Закрыть],[92]92
  Steven Weinberg, Gravitation and Cosmology (Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 1972). [Вайнберг С. Гравитация и космология. – М.: Мир, 1975.]


[Закрыть]. Излучение черного тела означает, что излучение исходило от идеального излучателя с температурой выше абсолютного нуля. Такие черные тела имеют предсказуемую эмиссию для всех длин волн, и спектр излучения зависит только от их температуры (рис. 21). Черное тело – это своего рода противоположность черной дыры. И черное тело, и черная дыра полностью характеризуются их площадью и еще одним качеством: массой в случае черных дыр и температурой, если мы говорим о черных телах. Тогда как черная дыра поглощает весь падающий на нее свет, независимо от длины волн, поляризации и энергетического состояния, черное тело излучает все возможные типы света: на всех частотах, со всеми возможными видами поляризации. Все, что нагревается и при нагревании излучает свет или микроволны, – раскаленная кочерга, лампа накаливания, газовые шары, в которых водород превращается в гелий (т. е. звезды), и т. д. – это черные тела.

Если бы реликтовое излучение можно было измерить на всех длинах волн, стационарная теория была бы опровергнута, но почти три десятилетия после его открытия никто не мог это сделать. Вскоре после обнаружения реликтового излучения Фред Хойл и Джефф Бербидж показали, что весь существующий во Вселенной гелий не мог образоваться только путем звездного нуклеосинтеза – удары по стационарной модели шли один за другим[93]93
  Kim McDonald, “Renowned UC San Diego Astrophysicist and Astronomer Dies at 84,” UC San Diego News Center, January 28, 2010, http://ucsdnews.ucsd.edu/archive/newsrel/science/01-10Burbidge.asp.


[Закрыть]. Тем не менее ее авторы и наиболее ярые приверженцы продолжали держаться за свою теорию, хотя и признавали, что в своем первоначальном виде она нежизнеспособна.

В статье, опубликованной параллельно со статьей Пензиаса и Уилсона, Дикке и его соавторы объясняли реликтовое излучение в контексте циклической Вселенной, которая переживает бесконечные циклы коллапса (сжатия) и расширения. Согласно циклической модели, легкие элементы (водород, гелий и литий) могли образоваться из «пепла предыдущего цикла», другими словами, смерть в огне предыдущей Вселенной могла обеспечить необходимое сырье, энергию и материю для следующего цикла. Но откуда в циклической модели мог появиться космический микроволновый фон? И почему его температура должна составлять 2,7 кельвина, как посчитали Пензиас и Уилсон?

Хойл, работавший с Бербиджем, понимал, что стационарная космологическая модель требует серьезного пересмотра. Первая проблема заключалась в неизменности стационарного состояния. Название тоже нуждалось в пересмотре. Они переименовали модель в космологию квазистационарного состояния. Но что означает «квази»?

Если модель стационарного состояния «начиналась» без какого-либо начала вообще, с постулата, что Вселенная вечна и непрерывно рождает материю и антиматерию в соотношении, необходимом, чтобы сохранить всю схему Понци[94]94
  Схема Понци – эквивалент финансовой пирамиды, впервые созданной в США Чарльзом Понци. – Прим. ред.


[Закрыть], то новая Вселенная Хойла и Бербиджа была циклической, заново рождающейся после каждого цикла. Хотя такое состояние нельзя было назвать действительно стационарным, циклы были чрезвычайно длинными: 500 млрд лет плюс-минус несколько миллиардов. Благодаря таким непостижимо огромным временны́м рамкам – в 100 раз больше возраста Солнца – эта модель сохраняла лучшие свойства модели стационарного состояния, например механизм звездного нуклеосинтеза, объяснявший образование тяжелых элементов во Вселенной, тогда как именно этого особенно не хватало модели Большого взрыва[95]95
  После того как первые, самые древние звезды, известные как население III, прожили свою короткую жизнь, они обеспечили сырье, необходимое для образования следующих поколений звезд – населения II и населения I (самая молодая категория, в которую входит большинство звезд в нашей Галактике).


[Закрыть].

Три степени разделения

Хойл и Бербидж рассчитали, что «энергия, высвобождаемая в ходе синтеза космического гелия из водорода, почти точно совпадает с энергией, содержащейся в космическом микроволновом фоновом излучении»[96]96
  G. Burbidge and F. Hoyle, “The Origin of Helium and the Other Light Elements,” Astrophysical Journal 509 (1998): L1– L3, http://iopscience.iop.org/article/10.1086/311756/pdf.


[Закрыть]. Однако то, что они могли объяснить точное количество энергии, возникающей в процессе нуклеосинтеза, еще не означало, что они могли объяснить, почему реликтовое излучение имело именно ту температуру, которую называли Пензиас и Уилсон. Почему именно 2,7 кельвина?[97]97
  Энергия и температура, хотя и взаимосвязанны, не идентичны. Комета массой в 1 млн кг, движущаяся в космическом пространстве со скоростью 10 км/с, обладает большой энергией, но ее температура может быть всего на несколько градусов выше абсолютного нуля.


[Закрыть] Хойл задал этот вопрос сторонникам модели Большого взрыва и не получил ответа. Хойл объяснил, что их предпочтение теории Большого взрыва, как это часто бывает, результат склонности к подтверждению своей точки зрения. Они поступают как студенты, которые в погоне за хорошей оценкой подгоняют расчеты под правильный ответ. «Если бы измерения показали температуру 27 кельвинов вместо 2,7 кельвина, – написал он, – тогда их модель объяснила бы 27 кельвинов. Или 0,27 кельвина. Или любую другую величину»[98]98
  Fred Hoyle, Home Is Where the Wind Blows: Chapters from a Cosmologist’s Life (Oxford: Oxford University Press, 1994), 413.


[Закрыть]. Температура 2,7 кельвина не была предсказанием, вытекающим из модели Большого взрыва, но свободным параметром, который требовал дополнительных наблюдений.

Хойл рассматривал реликтовое излучение как возможность, а не как вызов. Он был уверен, что, в отличие от модели Большого взрыва, его модель позволит предсказать температуру космического фона в 2,7 кельвина исходя из основных принципов. Чтобы это сделать, он и его коллеги обратились за помощью к самой скромной субстанции во Вселенной – к пыли.

Мы приходим в вечном вращении из небытия, рассеивая свет звезд как пыль.

Руми

Как гласит поговорка, если все, что у вас есть, – молоток, вы повсюду будете видеть гвозди. Гвоздями Хойла были звезды. Он понимал их, как никто другой. Чтобы возродить свою обновленную модель стационарного состояния буквально из пепла и таким образом продолжить четвертый раунд Великих дебатов, Хойл использовал обнаруженное им и Бербиджем совпадение: что создаваемая звездами энергия равна энергии черного тела с температурой 2,7 кельвина. Проблема была в том, что, как это хорошо видно на примере Солнца, звездный свет не находится в микроволновой части электромагнитного спектра. Звезды излучают преимущественно видимый свет. Поэтому Хойлу и Бербиджу нужно было каким-то образом преобразовать видимый свет звезд в микроволновое излучение, чтобы объяснить сделанное Пензиасом и Уилсоном открытие.

Хойл постулировал, что космическое микроволновое фоновое излучение не реликт Большого взрыва, а результат трансформации обычного видимого звездного света при взаимодействии с космической пылью. Пыль, рассевающая звездный свет в небытии космоса, как писал Руми.

К 1960-м годам уже было известно, что, поскольку пыль рассеивает свет коротковолнового диапазона (например, синий) гораздо сильнее, чем длинноволновый свет (такой как красный), попадающий на телескопы свет выглядит намного краснее, чем в момент излучения[99]99
  Солнечный свет демонстрирует тот же феномен. В отсутствие значительного рассеяния, например в полдень, солнечный свет видится нам зеленовато-желтым, тогда как на закате он становится оранжево-красным из-за рассеяния синего компонента находящейся в атмосфере пылью, более плотной вдоль горизонта.


[Закрыть]. Вы можете наблюдать это явление на закате, когда желтое днем Солнце вдруг начинает пылать алым цветом. Разумеется, дело не в самом Солнце – оно излучает все те же 5500 кельвинов. Вечерний свет кажется таким красным, так как проходит через атмосферу гораздо большее расстояние от горизонта до ваших глаз и по пути сталкивается с бóльшим количеством атмосферной пыли, чем в полдень (рис. 22).

Если солнечный свет краснеет из-за малого количества пыли в земной атмосфере, то свет далеких звезд, путешествующий по пыльному космосу миллиарды лет, должен быть чрезвычайно красным. На самом деле красное смещение должно выйти за пределы видимого спектра в микроволновый диапазон. Разумеется, рассеивание звездного света пылью было намного более простым объяснением реликтового излучения, чем теория Большого взрыва, трактовавшая его как остаточное излучение от огненного шара с бесконечно высокой температурой.

Хойл знал о коварстве космической пыли, которая затуманила взор даже великому Галилею. Он утверждал, что реликтовое излучение – всего лишь очередной пылевой мираж, вселивший надежды в сторонников Большого взрыва. Но сколько пыли в космосе? Из чего она состоит? Как она образовалась? На эти вопросы нужно было дать ответ, иначе модель космологии квазистационарного состояния сама рисковала рассыпаться в пыль.

И снова глотать пыль

Астрономам не надо искать пыль – она сама их находит. Пыль была врагом астрономов задолго до открытия реликтового излучения. Именно пыль, затеняя обширные участки нашей Галактики, заставила Гершеля отвергнуть принцип Коперника, доказанный Галилеем больше века назад. Рассеивая свет далеких звезд, пыль обманула Хаббла, заставив его прийти к выводу, что далекие галактики находятся гораздо дальше, чем они есть на самом деле. Но откуда в космосе пыль?

Этот вопрос мучил астрономов всю первую половину XX века. К 1930-м годам они смогли оценить размер крупиц, вызывающих красное смещение спектра[100]100
  R. J. Trumpler, “Absorption of Light in the Galactic System,” Publications of the Astronomical Society of the Pacific 42, no. 248 (1930): 214, http://adsabs.harvard.edu/abs/1930PASP…42..214T; Jessie Rudnick, “On the Reddening in B– Type Stars,” Astrophysical Journal 83 (1936): 394, http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/bib_query?1936ApJ….83..394R.


[Закрыть]. Эти частицы должны быть больше, чем длина волны красного света (около половины миллионной части метра). Таким образом, исключались отдельные атомы или молекулы, которые были значительно меньше. С другой стороны, это не могли быть и слишком крупные частицы, так как они отражали бы все длины волн звездного света одинаково. Оставалось одно: пыль должна состоять из твердых частиц, сопоставимых по размеру с длиной волны видимого света. Но форма и состав этих частиц по-прежнему оставались загадкой. На что похожа космическая пыль – на песок или на обычную домашнюю пыль, которую вы убираете пылесосом? Или это что-то совсем другое?

Ключ к разгадке состава космической пыли был найден в 1950-х годах, когда астрономы обнаружили, что свет далеких звезд не только смещен в сторону красного диапазона, но и имеет еще одно свойство – поляризацию[101]101
  J. S. Hall, “Observations of the Polarized Light from Stars,” Science 109, no. 2825 (1949): 166–67, http://science.sciencemag.org/content/109/2825/166.


[Закрыть].

Электромагнитные волны видимого светового и микроволнового диапазона, как и полагается волнам, колеблются при движении со скоростью света. С этими колебаниями и связана поляризация. Направление колебаний всегда перпендикулярно направлению светового луча (рис. 23). Характер поляризации звездного света может многое рассказать о том, что происходило со светом по пути от звезды к телескопу. Сегодня ученые строят специальные устройства – поляриметры, которые измеряют различия в интенсивности света в плоскости, перпендикулярной направлению движения света. Телескоп BICEP2, по сути, тоже поляриметр.

Не весь свет поляризован. Горячие светящиеся объекты, такие как лампы накаливания или Солнце, излучают преимущественно неполяризованный свет, поскольку электроны внутри этих объектов колеблются в случайных направлениях. Неполяризованный свет, такой как солнечный, может стать поляризованным при отражении от поверхности, скажем, океана. Горизонтальная поверхность океана поглощает световые лучи, которые поляризованы вертикально, т. е. перпендикулярно поверхности. Световые лучи, поляризованные в горизонтальной плоскости, частично отражаются. В результате неполяризованный солнечный свет после отражения становится поляризованным.

Другой способ сделать неполяризованный свет поляризованным – пропустить его через специальный фильтр. Такое устройство называют поляризатором: оно избирательно поглощает один из поляризованных компонентов, а другие беспрепятственно пропускает. Поляризационные солнцезащитные очки делают именно это: они поглощают свет, отражающийся от поверхностей, например от снега или океана, и, устраняя слепящие солнечные блики, позволяют вам видеть гораздо лучше и четче (рис. 24).