Знание-сила, 2006 № 08 (950) - [13]
В 1998—99 годах две международные группы астрономов-наблюдателей, одной из которых руководили Брайан Шмидт и Адам Рис, а другой — Сол Перлмуттер, сообщили об открытии ускоренного расширения Вселенной. Это было установлено в наблюдениях далеких вспышек сверхновых звезд. Из-за их исключительной яркости сверхновые можно наблюдать на очень больших, по-настоящему космологических расстояниях. Опуская другие детали, скажем, что использовались данные о сверхновых определенного типа (1а), которые принято считать «стандартными свечами»; их собственная светимость в максимуме блеска действительно лежит в довольно узких пределах. Это позволяет проследить, как видимая, регистрируемая яркость источников зависит от расстояния до них.
Конечно, на небольших расстояниях это классический закон обратных квадратов; но на очень большом удалении источников становятся существенными космологические эффекты, и, значит, характер этой зависимости позволяет в принципе узнать нечто новое обо всей Вселенной.
Первая группа наблюдателей, сообщившая о своих результатах в 1998 году, располагала данными всего о 16 сверхновых нужного типа на нужных расстояниях; у второй группы накопились данные о 40 других сверхновых. И этого уже было достаточно, чтобы заметить космологический эффект в законе убывания видимой яркости с расстоянием. Оказалось, что убывание яркости происходит несколько быстрее, в среднем, чем этого следовало бы ожидать по космологической теории, которая до того считалась стандартной. Но это возможно тогда (и, как все сейчас думают, только тогда), когда космологическое расширение происходит с ускорением, то есть когда скорость удаления от нас источника света не убывает, а возрастает со временем. Ускорение же создается темной энергией с ее антитяготением, которое «подгоняет» галактики в их движении друг от друга.
Исследования продолжаются, идет накопление данных о сверхновых звездах. В начале 2006 года число этих звезд на нужных расстояниях превысило сотню. Но и этого все еще недостаточно для уверенных выводов, касающихся, например, уравнения состояния темной энергии. Как считают специалисты, для задач такого рода требуется не сотня, а скорее тысяча сверхновых. Возможно, этот рубеж будет достигнут к концу нынешнего десятилетия.
Тем временем присутствие антитяготения и темной энергии было замечено (в 2000 году) сравнительно недалеко от нас, на расстояниях в 1—3 Мпк. Это было сделано по наблюдениям движения близких галактик астрономами Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга при МГУ, Специальной астрофизической обсерватории РАН и Санкт-Петербургского университета в сотрудничестве с астрономами Финляндии. Тем самым было доказано, что темная энергия — это универсальный космический феномен, а антитяготение является всемирным — в том же смысле, что и ньютоново всемирное тяготение.
Сергей Ильин
До чего доведет «распирание» Вселенной?
Изучение далеких сверхновых звезд привело к установлению закономерности: начиная с какого-то времени скорость расширения Вселенной увеличивается. Вселенная стала расширяться ускоренно.
На первый взгляд это утверждение кажется безумным. Не встроено же во вселенную какое-то «распирающее устройство», которое запрограммировано включиться в определенный момент! Но если вдуматься, станет ясно, что дело может обстоять гораздо проще.
Представим себе, что во Вселенной есть некое постоянное, но малое «распирающее поле». По причине малости оно до поры до времени меньше поля гравитации вещества, которая тормозит расширение пространства. Но расширение все же происходит, и по мере роста «объема» Вселенной плотность вещества в нем уменьшается. Стало быть, уменьшается и гравитация. И наступает момент, когда исходно большая, но убывающая гравитация сравнивается с исходно маленьким, но постоянным «распирающим полем», а потом ему и уступает. И тогда это поле начинает все энергичнее «распирать» пространство, ускоряя его расширение.
Всякое поле — это распределенная в пространстве энергия, и загадочное «распирающее поле» — не исключение. Оно имеет энергию, — которая сразу же получила название «темной», — а потому имеет эквивалентную этой энергии массу, способно дополнить совокупную массу обычного и темного вещества таким образом, что вместе, втроем, они составляют как раз ту критическую массу, которая необходима для того, чтобы наша Вселенная была плоской. Это означает, что парадокс «недостающей массы» может быть разрешен, если принять, что недостающие 70 процентов критической массы привносит поле «темной энергии». Если в небесах есть парламент, то 70% мандатов в нем — это «квалифицированное большинство», которому принадлежит решающий голос, даже в самых важных вопросах.
И один такой вопрос напрашивается сразу: каково будущее Вселенной? Теперь оказалось, что это будущее существеннейшим образом зависит от решения «парламентского большинства», то есть от природы поля «темной энергии», а к пониманию этой природы теоретики еще только подбираются. На данный момент они предложили уже три различные возможности.
Первый раз темная энергия" замаскировалась под "ламбду", или "космологическую постоянную" Эйнштейна. В самом деле, в статичной модели Вселенной по Эйнштейну тоже было некое постоянное поле, которое ее "распирало" и тем самым уравновешивало стягивающий эффект гравитации, позволяя Вселенной оставаться статичной. На этом основании авторы первой гипотезы о природе поля темной энергии называли его "полем космологической постоянной". Но, в отличие от Эйнштейна, они могли теперь указать на происхождение этого поля. Знание это дала им теория инфляции Алана Гута, где оно, это поле, стремительно и чудовищно "раздуло" едва родившуюся Вселенную. Что же вызвало инфляцию?
