Борис Кригер - Неопределенная Вселенная

• Название: Неопределенная Вселенная
• Автор: Борис Кригер
• Жанр: Публицистика
• Год: 2008
• ISBN: 978-1-60594-040-3, 978-1-60594-041-0, 978-1-60594-042-7

Мы не знаем, существует ли в действительности основной закон космологии, однако мы можем с уверенностью заявить, что, следуя выражению МсСrea, существует «принцип неопределенности в космологии» («Uncertainty principle in cosmology»). Таким образом, Космос обрамляют два принципа неопределенности: один на маленькой шкале квантовой механики, другой на большой шкале космологии. Научные исследования могут многое рассказать нам о Вселенной, но не о ее природе и даже не о ее основных геометрических и физических характеристиках. Отчасти, возможно, эта неопределенность может быть разрешена, но наибольшая ее часть останется неразрешенной. Космологическая наука должна признать эту, заложенную в самой сути предмета изучения нашей Вселенной, неопределенность.

---

– 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 [13]. 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.