В это время американские радиоастрономы А. Пензиас и Р. Вильсон готовили к очередным экспериментам оригинальную рупорную антенну. Эта большая антенна была построена для исследования возможности создания космической системы радиосвязи, в которой спутник типа Эхо» — большой баллон из тонкой металлизированной пленки, выведенный на околоземную орбиту и раздутый газом, — должен был служить зеркалом, отражающим радиоволны, излученные передатчиком.

После того как эксперименты с «Эхом» были закончены, Пензиас и Вильсон собирались применить эту антенну в качестве радиотелескопа и поэтому тщательно изучали ее шумовые свойства. Они оценивали вклад различных источников шумов в принятых радиоастрономами единицах — градусах Кельвина. За единицу был принят шум, испускаемый сопротивлением величиной в один Ом, нагретым на 1К. Различные источники шумов вносили свой вклад в общую шумовую температуру антенны, а исследователи старались свести шумы антенны к минимуму. Как и другие радиоастрономы, они использовали для калибровки антенны шумы, приходящие из космического пространства, стремясь при этом точно учесть путем вычислений неизбежные шумы, порождаемые земной атмосферой, и шумы, излучаемые поверхностью Земли, попадавшие в антенну, даже когда она была обращена к небу. В последнем случае сказывалось отклонение конструкции антенны от расчетной и явление дифракции, то есть изгибание направления распространения радиоволн вблизи края антенны.

Закончив эти исследования, Пензиас и Вильсон обнаружили, что измеренный ими шум антенны на 3 К превосходит ее расчетный шум с учетом всех мыслимых внешних шумов. Необычно было, что величина избыточного шума не зависела от направления антенны. В процессе исследования антенну поворачивали от зенита почти до горизонта и вращали ее вокруг вертикальной оси так, что она обегала все участки горизонта. Таинственное шумовое излучение не изменялось ни со временем суток, ни в течение года.

В 1964 году, когда измерения закончились, исследователи приобрели полную уверенность в том, что избыточное радиоизлучение, идущее с удивительным постоянством к Земле, одинаково со всех сторон, — реальность.

Неожиданная, непонятная, но несомненная реальность. Они были недостаточно подготовлены даже для того, чтобы выдвинуть сколько-нибудь удовлетворительную гипотезу, способную объяснить наблюдаемый ими избыточный шум. Никто из сотрудников большой и высококвалифицированной научно-исследовательской организации, в которой они работали, тоже не мог сказать ничего определенного. Но цепь случайностей в конце концов привела их к Пиблсу, научный доклад которого слышал знакомый их знакомого.

Ничего не зная о теории Большого взрыва, Пензиас и Вильсон связались с Пиблсом. Личный контакт поставил все на свои места — Пиблс поздравил радиоастрономов с открытием. Да, обнаруженный ими избыточный шум не ошибка, не влияние какого-то неучтенного ими источника помех. Это открытие. И оно имеет огромное принципиальное значение. Вскоре это открытие — результат тщательно проведенного эксперимента — принесло им Нобелевскую премию.

Но на этом история реликтового излучения не окончилась.

Сразу после создания Общей теории относительности Эйнштейн разъяснял, что пространство обладает вполне определенным свойством — кривизной, причем величина и характер искривления пространства в каждой его точке вызывается материей, распределенной по всей Вселенной. Эта кривизна может быть обнаружена и изучена, как и все физические характеристики остальных реальных объектов. Это не было возвращением к Ньютону.

Уже Специальная теория относительности вывела за пределы науки абсолютное однородное евклидово пространство и абсолютное время механики Ньютона как ненужные и приводящие к недоразумениям абстракции.

Эйнштейн отлично понимал, что равномерное движение в реальном искривленном пространстве может быть в принципе измерено. Он даже несколько раз писал о том, что Общая теория относительности, в отличие от Специальной теории относительности, выявив реальные свойства пространства, одновременно привела к принципиальной возможности наблюдения «нового эфирного ветра»— то есть обнаружения равномерного движения измерительного прибора в мировом пространстве.

Эйнштейн писал об этом, когда все уже признали отсутствие эфира, невозможность обнаружения «эфирного ветра» в опытах, подобных опыту Майкельсона, и никто не предполагал реальной возможности обнаружения того, что он назвал «новым эфирным ветром». Он тоже не знал, как можно судить о перемещении прибора относительно искривленного пространства, не располагая возможностью независимо определять свойства этого пространства. В то время никто не предполагал существования реликтового радиоизлучения, заполняющего пространство и отображающего его свойства.

Поэтому Эйнштейн не думал о том, что можно поставить реальный опыт, способный продемонстрировать «новый эфирный ветер».

Прошли годы, в 1976 году группа американских ученых в составе Г. Ф. Смута, М. В. Горенштейна и Р. А. Маллера задалась целью обнаружить «новый эфирный ветер». Увеличив чувствительность своей аппаратуры в тысячу раз по сравнению с имевшейся у Пензиаса и Вильсона и подняв ее на высоту 15 км, за пределы плотных слоев земной атмосферы, чтобы уменьшить величину атмосферных шумов, они обнаружили пространственную несимметрию реликтового излучения. Несимметрия составляла всего тысячную долю градуса Кельвина, но она была установлена надежно. Температура излучения, приходящего с того направления, куда движется Земля в космическом пространстве, была на 0,003 К выше, а температура излучения, приходящего с противоположной стороны, оказалась на такую же величину ниже, чем точно установленное среднее значение температуры реликтового излучения (2,7 К). Это было одним из проявлений эффекта Доплера. Точность измерения была столь велика, что на фоне вращения Солнечной системы вокруг центра Галактики и движения Галактики относительно других удаленных галактик можно было выделить сравнительно медленное (30 км/с) движение Земли по ее орбите вокруг Солнца.

Так был обнаружен «новый эфирный ветер». Так было установлено, что с учетом «нового эфирного ветра» интенсивность реликтового излучения, приходящего из любой точки небосвода, не отличается и на одну десятитысячную градуса Кельвина от интенсивности реликтового излучения, приходящего от любой другой точки небосвода. Астрофизики называют такую независимость от направления изотропностью. Изотропность реликтового излучения, как мы увидим ниже, играет решающую роль при оценке достоверности различных теорий эволюции Вселенной.

Забегая вперед, скажем, что такая оценка позволит составить более детальное представление о свойствах Вселенной в тот период, когда при температуре порядка 4000 К она стала прозрачной для электромагнитных волн. От этого зависит, приходит ли реликтовое излучение одинаково интенсивным со всех направлений или его интенсивность зависит от направления. А это непосредственно связано с тем, сколь однородной была Вселенная в тот отдаленный период.

Первооткрыватели «нового эфирного ветра» сообщили о том, что, учтя его, они не обнаружили изменений интенсивности реликтового излучения в пределах чувствительности их аппаратуры, составлявшей около 10^-4 К.

Две группы ученых, помещая свои приборы на высотных баллонах и самолетах, сообщили в 1980 и 1981 годах об обнаружении азимутальной асимметрии, то есть о зависимости интенсивности реликтового излучения от направления. Однако две другие группы опровергли в 1983 году их результаты.

Еще в конце шестидесятых годов Н. С. Кардашев из Института космических исследований АН СССР (ИКИ) обосновал преимущества исследования реликтового излучения при помощи приборов, помещенных на искусственном спутнике Земли. При этом устраняются шумы и помехи, порожденные атмосферой и различными наземными электрическими устройствами. Вторым существенным преимуществом является много большее время работы приборов. Один год работы на спутниках эквивалентен полувековым исследованиям, основанным на сравнительно кратковременных полетах баллонов и высотных самолетов.

Спутниковый эксперимент был выполнен сотрудниками ИКИ И. А. Струковым и Д. П. Скулачевым на спутнике «Прогноз-9». Они опубликовали в январе 1984 года первые результаты своей работы в статье под названием «Эксперимент «Реликт». Первый результат».

Первый результат таков: если азимутальная асимметрия реликтового излучения существует, то она не превышает 0,2 м К (м К — милликельвин). Последующая обработка полученных опытных данных позволяет считать, что эта асимметрия не превышает 10 от средней интенсивности реликтового излучения, имеющего температуру около 2,7 К.

Ученые, конечно, не остановятся на достигнутом, потому что им уже видны пути дальнейшего улучшения аппаратуры, способной длительно работать в космическом пространстве.

Открытие реликтового излучения сыграло для теории Большого взрыва такую же роль решающего эксперимента, которую для Общей теории относительности сыграло обнаружение искривления световых лучей в окрестностях Солнца.

Теория Большого взрыва сразу получила признание Физиков и астрофизиков.

Многие интересуются, почему реликтовое излучение было обнаружено только в 1965 году (дата публикации статьи Пензиаса и Вильсона и статьи Дикке, Пиблса и др.) и то случайно, если его существование было предсказано еще в 1948 году.

Причин много. Прежде всего нужно учесть, что радиофизики не знали работ Гамова и его сотрудников, а значит, не знали об их предсказании. Физики не подозревали, что такое слабое излучение можно зафиксировать и измерить.

В свою очередь физики-теоретики, обнаружив огрехи в работе Гамова и его сотрудников (ошибка с постоянной Хаббла, ошибка с синтезом тяжелых ядер), надолго потеряли интерес к теории Большого взрыва.

Мы уже знаем, что только в 1964 году Дикке и его сотрудники вновь оценили температуру реликтового излучения и начали подготовку к его наблюдению. Одновременно и независимо Зельдович и его ученики А. Дорошкевич и И. Новиков тоже изучали раннюю историю Вселенной, чтобы решить, была ли она в самом начале раскаленной или холодной. В короткой статье Дорошкевича и Новикова сказано, что решить этот вопрос можно, наблюдая, существует ли реликтовое излучение, с необходимостью следующее из теории Большого взрыва. В этой статье они указывали, что наиболее подходящей антенной для такого эксперимента является большая рупорная антенна лаборатории «Белл» в Кронфорд Хилле, та самая антенна, при помощи которой Пензиас и Вильсон сделали свое открытие, ничего не зная об этой статье.

Лишь недавно сотрудник Института общей физики АН СССР Т. А. Шмаонов вспомнил, что в середине пятидесятых годов он при помощи рупорной антенны изучал радиоволны длиной в 3,2 см, приходящие из космоса. Учтя все возможные помехи, он пришел к выводу, что из космоса со всех сторон приходит радиоизлучение с температурой 4+3 К. Этот результат он опубликовал в 1957 году в журнале «Приборы и техника эксперимента», но Шмаонов не пытался установить источник этого излучения.

В те годы он не мог получить помощи теоретиков, ибо теория Большого взрыва была прочно забыта, а интерес к ней возродился лишь через 7 лет.

Позже, когда в 1964 году вновь возник интерес к Большому взрыву, никто не помнил о статье Шмаонова. Никто не сообщил Дорошкевичу и Новикову, указавшим на антенну в Кронфорд Хилле, что в Советском Союзе тоже есть подходящая антенна и что реликтовое излучение уже обнаружено. Не помнил об этом и сам Шмаонов.

Статья Шмаонова воскресла и вновь возникла из журнальных дебрей через 27 лет после ее опубликования, через 18 лет после открытия Пензиаса и Вильсона и через 5 лет после вручения им Нобелевской премии.

Так еще раз подтвердилась старая истина: открыть — не значит увидеть, а значит — понять.