Аксел сказал, что в начальные периоды развития Вселенной не было и не могло быть никаких механических объектов... Сусман сказал, что в теории Большого взрыва история Вселенной грубо подразделяется на три области, которые отражают меру нашего текущего понимания: стандартная космология, космология частиц и квантовая космология.
Стандартная космология является наиболее надежно разъясненной эпохой, охватывающей период примерно от одной сотой секунды после Большого взрыва до настоящего дня. Стандартная модель эволюции Вселенной в эту эпоху выдержала множество точных наблюдательных испытаний.
Космология частиц создает картину Вселенной, предшествующей предыдущей эпохе, при температурных режимах, которые всё еще находятся в рамках известной физики. Например, ускорители частиц высоких энергий в CERN и в лаборатории Ферми позволяют нам испытывать физические модели для процессов, которые могли происходить лишь спустя 0,00000000001 секунды после Большого взрыва. Эта область космологии является более спекулятивной, поскольку включает в себя, по меньшей мере, некоторые экстраполяции, и часто сталкивается с непреодолимыми вычислительными трудностями. Многие космологи полагают, что приемлемые экстраполяции могут быть проведены вплоть до времен фазового перехода великого объединения.
Квантовая космология рассматривает вопросы о возникновении самой Вселенной. Она стремится описать квантовые процессы в самые ранние времена, которые мы можем постичь в рамках классического пространства-времени, то есть эпоху Планка через 0,0000000000000000000000000000000000000000001 секунды. Для таких времен у нас пока нет полностью последовательной теории квантовой гравитации, эта область космологии еще более спекулятивна.
Что в человеческом понимании времени есть эпоха Планка? Это не сопоставимое с нашим пониманием времени понятие.
Тогда я спросил: почему же вы утверждаете, что возраст Вселенной приблизительно 13,7 миллиардов лет? Какой смысл имеет такое утверждение?
Аксел возразил, что в космологии они не пользуются такими понятиями, как «годы».
Я заметил, а он подтвердил, что имеется в виду измерение расстояний на космологической шкале по степени красного смещения в спектрах галактик, указывающих на доплеровский эффект, на котором и построен закон Хаббла.
– А все эти световые годы – это для широкой публики, – подвел итог Аксел Де Ля Макора.
– Ах, вот оно что... То есть вы сами отдаете себе отчет в том, что космологию нельзя переводить в обычные человеческие понятия, однако делаете это для широкой публики... потчуя ее «темным веществом», «темной энергией», «Большим взрывом» и «квинтэссенцией»...
– Да, нас некоторые очень не любят из-за этой мистической терминологии, – подтвердил Сусман.
– Кстати, неужели нет другого объяснения красному смещению... – завел свою любимую пластинку я. – Вот хотя бы комптоновский эффект...
– Да зачем комптоновский эффект? – возразил Аксел. – Есть много объяснений типа «старения света» и т. д. Дело не в том, что можно найти другое объяснение. В отдельности на каждый феномен действительно можно найти другое объяснение, но теория расширяющейся Вселенной лучше всего объясняет все феномены сразу – равномерность распределения соотношения водорода и гелия во Вселенной, красное смещение в удаленных спектрах галактик, реликтовое излучение...
– А темное вещество, вы полагаете, скорее всего, имеет место в связи с последними находками, забившими, как говорится, гвоздь в гроб модифицированной ньютоновской теории.
– Ну а как ему не быть? – занервничал Аксел и недобро на меня посмотрел. – Вы что же, наталкиваясь на шкаф в темной комнате, будете заявлять, что шкафа в комнате нет, раз вы его не видите? Разве может быть другое объяснение, кроме физического наличия материи, которая просто никак себя не проявляет, кроме гравитационного взаимодействия с видимым веществом?
– Есть... например, галлюцинация, – заупрямился я. Аксел расстроенно на меня посмотрел и вовсе рассердился.
– Темное вещество – это что, главный вопрос теперь – это темная энергия, – перевел разговор на несколько другую тему Роберто Сусман, – гипотетическая форма энергии, имеющая отрицательное давление и равномерно заполняющая все пространство Вселенной. Согласно общей теории относительности, гравитация зависит не только от массы, но и от давления, причем отрицательное давление должно порождать отталкивание, антигравитацию. Согласно последним данным, обнаружившим ускоренное расширение Вселенной, такая сила действительно действует в космологических масштабах. Существует два варианта объяснения сущности темной энергии: темная энергия есть космологическая константа – неизменная энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство; или же темная энергия есть некая квинтэссенция – динамическое поле, энергетическая плотность которого может меняться в пространстве и времени.
Окончательный выбор между двумя вариантами требует высокоточных измерений скорости расширения Вселенной, чтобы понять, как эта скорость изменяется со временем. Темпы расширения Вселенной описываются космологическим уравнением состояния.
Разрешение уравнения состояния для темной энергии является одной из самых насущных задач современной наблюдательной космологии!
Введение космологической константы в стандартную космологическую модель (так называемая метрика Фридмана – Лемэтра – Робертсона – Уокера, FLRW) привело к появлению современной модели космологии, известной как лямбда-CDM модель (Lambda-Cold Dark Matter model). Эта модель прекрасно соответствует имеющимся космологическим наблюдениям.
– Да, вот и Джоэль Примак, один из создателей этой теории, которого я встретил в мае на конференции в Гарварде, тоже весьма за эту теорию агитирует... – встрял я, чтобы похвастаться своими вновь приобретенными знакомствами в «большой космологии».
– Я его знаю, – сказал Сусман, – я его встречал.
– Он, кстати, выпустил вместе с супругой книгу «Взгляд из центра Вселенной», в которой они предприняли попытку доступно разъяснить народонаселению Земли новые теории Примака в доступной каббалистически-спиритуальной форме.
– Да что вы говорите! – рассмеялся Сусман. – Я знаю Нэнси, она замечательно поет под гитару.
– Космологи пытаются рассматривать историю Вселенной с эволюционной точки зрения, поэтому, глядя на наиболее удаленные районы Вселенной, откуда свет добирался до нас более десятка миллиардов лет, они предполагают увидеть менее сформированные галактики, чтобы, так сказать, убедиться в своей правоте, однако, как назло, в так называемом Hubble Deep Field – снимках с орбитального телескопа Хаббл, сделанных специально для выявления наиболее удаленных объектов Вселенной, появляются довольно крупные и сформированные галактики. То есть в соответствии с нынешней теорией расширяющейся Вселенной, начавшейся в Большом взрыве, после этого Большого взрыва просто не остается достаточно времени на формирование таких крупных галактик. Что же будет, если мы получим еще более точный снимок, проникающий глубже назад во времени и там обнаружим гигантскую, хорошо сформированную галактику? – снова перевел я тему разговора.
– Да, это будет большая проблема, – задумчиво ответил Сусман и загрустил. – Космология переживает сложные годы. Недавно обнаруженная акселерация расширения Вселенной поставила многих в тупик. Не то что это плохо для космологии! Наоборот – это делает ее интересной! Мало того, что Вселенная расширяется, она еще и расширяется с ускорением... Вопрос об объяснении величины космологической постоянной тревожит ученых. Для многих ведущих физиков-теоретиков это вопрос номер один. Антропное объяснение величины космологической постоянной состоит в том, что из всего многообразия вариантов величины этого параметра, доступного в мультиверсе, в скоплении различных вселенных, жизнь может появиться лишь в тех вселенных, в которых постоянная попадает в очень узкий диапазон (разумеется, вблизи значения космологической постоянной в нашей Вселенной). Поскольку другие вселенные для нас недоступны, проверить такое объяснение довольно трудно.
– Арбахам Лоэб, один из организаторов гарвардской конференции, на которой я был в мае, считает, что ему тем не менее удалось придумать, как такую проверку можно осуществить, – добавил я. – Идея состоит вот в чем. Если планетные системы могли возникать на z порядка 10 (z указывает на степень красного смещения в спектре галактик, а следовательно, на удаленность этих галактик от нас, как, впрочем, и на удаленность их в прошлое), то это означает, что планетные системы могут возникать во вселенных, где космологическая постоянная в тысячу раз отличается от нашей. В случае если удастся показать, что в звездных системах, возникших на таких больших красных смещениях, есть планеты, то, полагает Лоэб, по антропной аргументации будет нанесен серьезный удар. Конечно, увидеть свидетельства существования планет на z = 10 сейчас нельзя. Но можно поискать их в старых системах, например в старых шаровых скоплениях и карликовых галактиках. Это можно сделать, например, с помощью микролинзирования.

Космологическая конференция в Санта Кларе (Куба). Май 2006 г. Автор – крайний справа.
– На мой взгляд, такой подход, в случае обнаружения планет, не сможет серьезно поколебать ряды сторонников антропного объяснения. Во-первых, как верно пишет Лакатос, так просто исследовательскую программу не задушишь, не убьешь. Во-вторых, вывод Лоэба о том, что в случае обнаружения таких планет можно уменьшить вероятность антропного объяснения до 0,1 процента, основан на ряде предположений, которые могут и не выполняться. Наличие планет еще ничего не говорит о наличии жизни. Кроме того, важно оценить количество цивилизаций и продолжительность их существования.
Обед закончился, и мы вернулись в зал. Мне очень понравился доклад Chris Impey – профессора из Аризонского университета, где он изучает квазары в Steward Observatory. Прекрасный лектор Крис воспользовался микрофоном, чем сразу привлек к себе внимание аудитории. Крис и его группа, используя Alcock-Paczynski Test, провели геометрическое измерение темной энергии, пользуясь парами квазаров . После доклада я подошел к Крису и, выразив ему свое почтение, стал что-то уточнять. Его глаза загорелись, и он еще раз мне все пояснил.
На следующий день мы отправились всем составом конференции на экскурсию в город Тринидад, находящийся где-то в двух с половиной часах от Санта-Клары, на побережье Карибского моря.
Тринидад заложил в 1514 г. Диего Веласкес, выбрав местечко возле рек Агабамо и Таябо, тогда еще приносивших золото. Поначалу основным занятием жителей Тринидада была контрабанда. Однако их самих не раз грабили пираты, поэтому в XVIII в. они занялись делом более трудоемким, но зато легальным – выращиванием сахарного тростника. В период сахарного бума Тринидад переживал золотой век. Но когда центрами торговли стали Гавана и Сьенфуэгос, когда уже не за горами была отмена рабства, Тринидад утратил свое значение так же быстро, как когда-то его приобрел. Но именно благодаря упадку здесь сохранилась колониальная архитектура, которую мы и явились осматривать.
Самым страшным, и я бы сказал, коварным элементом этой архитектуры оказалась мостовая, выложенная из круглых, словно бы речных камней. Каждый раз, ступая по ним, мы рисковали подвернуть ногу.
Так мы поплутали под нещадно палящим в два часа дня солнцем (отличное время для прогулок на Кубе в июне) и присели отдохнуть в тени на паперти церкви. В вязком от жары воздухе появились фигуры пиратов. Мне казалось, что я брежу. Но моя жена подтвердила мои галлюцинации. Оказалось, на площади перед церковью кубинцы взялись снимать кино.
Наша группа степенно протащилась мимо нас, сидящих на паперти, и мы поднялись следовать за ними. Не успел я оглянуться, как супруга подвернула ногу, да так сильно, что она у нее распухла, словно была из дрожжевого теста… Оперевшись на меня, она, видимо, чего-то немного повредила в моем подагрическом суставе, и я тоже захромал, хотя на одной ножке не прыгал…
Таким образом мы всем эмпирически доказали, что с гравитацией на Острове свободы всё в порядке.
Дома нас встретили наши дети, которые не удивились, увидев своих родителей хромоногими:
– Мы вам говорили: не лезьте вы к этим космологам. Мы так и знали, что они вам накостыляют.
Глава 4
Уникальность Вселенной
На первый взгляд космология мало влияет на нашу повседневную жизнь. Однако несмотря на то, что эта наука кажется чрезвычайно далекой от наших текущих забот и мирских треволнений, космологические идеи веками играли и продолжают играть основополагающую роль в формировании философских взглядов, которые в свою очередь оказывают значительное влияние на многие аспекты религиозной и политической жизни разных стран, входящих в состав современной цивилизации.
Космология как наука ограничивается изучением Вселенной в целом, ее содержимого, структуры и эволюции. Космологические идеи основываются на выводах, извлеченных из астрономических наблюдений и математических моделей, но, несмотря на свою кажущуюся удаленность от нашей повседневной жизни, они привлекают внимание прессы и вызывают интерес у широких слоев общества.
С течением столетий методы, применяемые в космологии, видоизменялись, постепенно переходя от спекулятивного мифотворчества к применению научного подхода, основанного на объективных данных. В настоящее время космология является частью современной стандартной физической теории и, как принято полагать, многие ее положения подтверждаются астрономическими наблюдениями.
Если даже согласиться с общепринятым мнением, что к описанию Вселенной можно подходить с обычными человеческими мерками, основывающимися на осознаваемом нами, но имеющим мало физического смысла, течении времени, то некоторые теоретические выкладки, особенно касающиеся наиболее ранних стадий существования Вселенной, не имеют и, возможно, никогда не будут иметь подтверждения, основанного на астрономических наблюдениях.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14