Арно Пензиас

Арно Пензиас (нем. Arno Allan Penzias; 26 апреля 1933, Мюнхен, Германия — 22 января 2024, Сан-Франциско, Калифорния, США) — американский физик, радиоастроном и лауреат Нобелевской премии по физике 1978 года (совместно с Робертом Вудро Вильсоном). Наиболее известен как первооткрыватель реликтового излучения — космического микроволнового фона, что стало решающим экспериментальным подтверждением теории Большого взрыва.

Биография

Ранние годы и эмиграция

Арно Пензиас родился в еврейской семье в Мюнхене. Его отец, Карл Пензиас, был кожевником, мать — Юстина (урождённая Айзенрайх). В 1939 году, после прихода к власти нацистов, семья Пензиасов бежала из Германии в Великобританию, а затем, в 1940 году, эмигрировала в США. Они поселились в Нью-Йорке, где Арно посещал государственную школу. В 1951 году он окончил среднюю школу и поступил в Городской колледж Нью-Йорка, где изучал химию и физику.

Образование и начало карьеры

В 1954 году Пензиас получил степень бакалавра наук по физике. После службы в армии США (1954–1956) в качестве офицера связи, он поступил в аспирантуру Колумбийского университета. Там он работал под руководством профессора Чарльза Харда Таунса, будущего нобелевского лауреата. В 1961 году Пензиас защитил докторскую диссертацию на тему «Магнитное поле в космическом пространстве», в которой исследовал межзвёздное излучение и свойства радиоволн.

Работа в Bell Labs

В 1961 году Пензиас присоединился к исследовательской лаборатории Bell Telephone Laboratories (Bell Labs) в Холмделе, штат Нью-Джерси. Там он занимался разработкой сверхчувствительных радиоприёмников для спутниковой связи. В 1963 году к нему присоединился Роберт Вильсон, с которым они начали совместные эксперименты с рупорной антенной, построенной для приёма сигналов от спутников.

Открытие реликтового излучения

Экспериментальные наблюдения

В 1964 году Пензиас и Вильсон, работая с 20-футовой рупорной антенной, обнаружили постоянный фоновый шум, который не зависел от времени суток, направления антенны и сезона. Этот шум имел температуру около 3,5 К (по современным данным — 2,725 К) и равномерно распределялся по всему небу. Они тщательно проверили все возможные источники помех: удалили голубиный помёт с антенны, проверили электронику, но шум оставался.

Теоретическая интерпретация

Пензиас и Вильсон не сразу поняли природу явления. Они связались с группой физиков из Принстонского университета (Роберт Дикке, Джим Пиблс, Питер Ролл и Дэвид Уилкинсон), которые теоретически предсказали существование реликтового излучения как остаточного тепла от Большого взрыва. Дикке и его коллеги подтвердили, что обнаруженный шум соответствует предсказанному излучению. В 1965 году Пензиас и Вильсон опубликовали статью «Измерение избыточной температуры антенны на 4080 МГц» в журнале Astrophysical Journal Letters, а группа Дикке — параллельную статью с теоретическим обоснованием.

Значение открытия

Открытие реликтового излучения стало одним из важнейших в космологии XX века. Оно:

• Подтвердило теорию Большого взрыва, опровергнув альтернативную теорию стационарной Вселенной.
• Позволило оценить возраст Вселенной (около 13,8 млрд лет).
• Стало основой для дальнейших исследований, включая спутниковые миссии COBE, WMAP и Planck, которые детально измерили анизотропию реликтового излучения.

Нобелевская премия и последующая карьера

Нобелевская премия

В 1978 году Арно Пензиас и Роберт Вильсон были удостоены Нобелевской премии по физике «за открытие космического микроволнового фонового излучения». Половину премии получил Пётр Капица за работы в области физики низких температур. В своей нобелевской лекции Пензиас подчеркнул роль случайности в научных открытиях и важность тщательной проверки экспериментальных данных.

Дальнейшая работа

После получения премии Пензиас продолжал работать в Bell Labs, где занимался исследованиями в области радиоастрономии, физики межзвёздной среды и космологии. В 1980-х годах он стал вице-президентом Bell Labs по исследованиям. В 1990-х годах он перешёл в частный сектор, став партнёром в венчурной компании New Enterprise Associates, где специализировался на инвестициях в высокотехнологичные стартапы.

Научные достижения и вклад

Помимо открытия реликтового излучения, Пензиас внёс вклад в:

• Изучение межзвёздной среды, включая обнаружение молекулярного водорода и других молекул в космосе.
• Разработку методов радиоастрономии, включая использование рупорных антенн и сверхчувствительных приёмников.
• Развитие теории нуклеосинтеза и эволюции галактик.

Награды и признание

• Нобелевская премия по физике (1978)
• Медаль Генри Дрейпера (1977)
• Медаль Карла Шварцшильда (1978)
• Премия Гарольда Пендера (1978)
• Член Национальной академии наук США (1975)
• Член Американской академии искусств и наук (1980)

Личная жизнь

Арно Пензиас был женат на Энн Барр (с 1954 года), у них родилось трое детей. Он увлекался фотографией, путешествиями и коллекционированием произведений искусства. Пензиас был известен своей скромностью и чувством юмора, часто шутил о том, что его главное открытие было сделано «по ошибке». Он скончался 22 января 2024 года в Сан-Франциско в возрасте 90 лет.

Интересные факты

• Пензиас и Вильсон первоначально считали, что обнаруженный шум вызван голубиным помётом, который они назвали «белым диэлектриком». После его удаления шум не исчез.
• Рупорная антенна, использованная для открытия, была построена для проекта «Эхо» — спутниковой связи с использованием надувных отражателей.
• Пензиас был одним из первых учёных, кто признал важность случайных открытий в науке, назвав их «серендипностью» (способность делать неожиданные открытия).

Источники

• Penzias, A. A., & Wilson, R. W. (1965). «A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s.» Astrophysical Journal Letters, 142, 419–421.
• Nobel Foundation. «Arno Penzias – Biographical.» Nobel Lectures, Physics 1971–1980, World Scientific Publishing, 1992.
• Dicke, R. H., Peebles, P. J. E., Roll, P. G., & Wilkinson, D. T. (1965). «Cosmic Black-Body Radiation.» Astrophysical Journal Letters, 142, 414–419.
• National Academy of Sciences. «Arno A. Penzias, 1933–2024.» Biographical Memoirs, 2024.
• New York Times. «Arno Penzias, 90, Dies; Nobel Physicist Confirmed Big Bang Theory.» January 23, 2024.