На американской полярной станции Амундсен-Скотт установлен один из самых крупных наземных телескопов, и ему не приходится простаивать: вряд ли кто-то из работающих с аппаратом напрямую захочет прогуляться. Снаружи, конечно, никогда не заходит Солнце, вот только толку от него мало – средняя температура в -40 градусов, сильный ветер, ледяная равнина вокруг не располагают к размеренной прогулке. А вот 10-метровая тарелка телескопа благополучно переносит все эти тяготы, и для нее чистый воздух Южного Полюса даже приятен: меньше вносится искажения в изображения далеких галактик.

Большая часть астрономов, конечно, работают с телескопом удаленно. А вот Бред Бенсон, сотрудник Чикагского университета, решил лично посетить телескоп для проведения своих космологических исследований. Он возлагает большие надежду на новую камеру, установленную на телескопе год назад. С ее помощью он надеется запечатлеть происходившее за триллионную в третьей степени долю секунды после рождения Вселенной. Только что родившийся мир был невероятно плотным, горячим и наполненным мощным излучением. По мере расширения и остывания Вселенной наполнявшее ее вначале излучение становилось не таким заметным. Длины волн изначального излучения удлинялись вместо со Вселенной, и теперь, почти 14 миллиардов лет спустя, нам осталось от тех времен только слабое микроволновое излучение. Изучение реликтового излучения, послесвечения Большого взрыва, является основным способом проникновения в тайны времени через миллиардный доли секунд после рождения Вселенной. Например, около 20 лет назад изучение еле заметных вариация в интенсивности реликтового излучения в пространстве показало, что материя в молодой, плотной Вселенной, была распределена неравномерно. Там, где она незначительно скопилась, затем появились галактики.

Телескоп на Южном полюсе был построен шесть лет назад именно для изучения реликтового излучения. Место выбрано не случайно. Микроволновое излучение эффективно поглощается парами воды в атмосфере – так же, как в микроволновой печи. Телескоп на полюсе расположен на высоте 2830 метров в ледяных условиях, где вода практически не испаряется в атмосферу и не приносится от далекого и расположенного на три километра ниже океана. Несмотря на размер и удачное расположение телескопа, с ним трудно получить информацию о происходившем ранее, чем через 380000 лет после Большого взрыва. До этого Вселенная была заполнена густым супом из горячей плазмы, и ее заряженные частицы постоянно поглощали и испускали фотоны – осмысленное излучение не могло пробиться сквозь пространство. Только когда температура Вселенной спала и ионы и электроны сумели объединиться в нейтральные атомы водорода, Вселенная стала прозрачной для излучения.

Человечество, конечно, не может смириться с тем, что время рождения и первые шаги нашей Вселенной скрыты от нас. Критические состояния материи и энергии представляют огромный интерес для науки, поэтому существует ряд теорий, объясняющих поведение мира почти сразу после Большого взрыва и проверяемых по косвенным наблюдениям. Согласно основной принятой теории, всего через 10^-36 секунд после Большого взрыва начался этап экспоненциального расширения – инфляция. Источником этого процесса была некая энергия с отрицательной плотностью. Когда степень десятки уменьшилась на три, этот взрывной процесс завершился, уступив место более размеренному расширению. Инфляционная теория хорошо согласуется с данными, полученными зонда Планк и WMAP, объясняет неравномерность реликтового излучения и темную энергию, но о физических аспектах процессов, протекавших во время ускоренного расширения, мы почти ничего не знаем. Мы предполагаем, что могло происходить, но понятия не имеем, почему.

Однако все оставляет следы. Внезапная остановка инфляции должна вызвать содрогание всей Вселенной, послав сквозь нее гравитационные волны. В отличие от электромагнитных волн, эти волны легко могли пройти сквозь молодую, непрозрачную Вселенную. Их частота и амплитуда связана со свойствами Вселенной в момент окончания инфляции. В настоящее время разрабатываются эксперименты по регистрации гравитационных волн, предсказываемых общей теорией относительности. Аппарат LIGO должен их заметить, хотя пока что не преуспел. При этом огромная конструкция направлена на регистрацию самых мощных гравитационных волн, возникающих при столкновении двух черных дыр. Если они пока избегают наблюдения, то остатки древних волн тем более недоступны. Опять приходится обращаться к косвенным методам наблюдения, и снова – к реликтовому излучению. Оно должно хранить следы древних гравитационных волн.

Новая камера телескопа Южного полюса предназначена для различения поляризации в реликтовом излучении. Это явление возникает при рассеянии электронов на излучении, но воздействие гравитационных волн должно слегка изменять картину. Продвигаясь через пространство-время, волна немного сдвигает электроны, из-за чего поляризация реликтового излучения меняется. Это изменение, конечно, совершенно незначительно. Кроме изменения поляризации из-за волн, присутствуют намного более сильные изменения из-за неравномерно распределения материи, а значит и рассеиваемых электронов, во Вселенной. Этот эффект уже наблюдался в 2002 году, но знания о нем недостаточно, чтобы учесть в наблюдательных данных.