Маркус дю Сотой - О том, чего мы не можем знать. Путешествие к рубежам знаний

Ответа на этот вопрос мы не знаем. Темная энергия называется «темной» в том принятом в космологии смысле, что она, по-видимому, никак не взаимодействует со светом или другими формами электромагнитного излучения. Другими словами, обнаружить ее мы не можем. Существуют некоторые предположения о природе темной энергии. Одно из них касается космологической постоянной, которую, как известно, Эйнштейн вставил в свои уравнения, пытаясь сделать Вселенную статичной. Но теперь эту константу используют для расширения пространства. Обычно мы предполагаем, что энергия, распределенная в пространстве, расходуется или становится менее плотной по мере расширения этого пространства. Однако эту энергию считают сейчас свойством самого пространства. С увеличением пространства ее плотность не уменьшается – вместо этого дополнительно создается темная энергия. В каждом отдельном кубометре пространства она постоянна. Другими словами, она имеет фиксированную плотность. Ускорение представляет собой бесконтрольный, неостановимый процесс. Это не противоречит закону сохранения энергии, так как темную энергию рассматривают как энергию отрицательную, прирост которой уравновешивается увеличением кинетической энергии, сопровождающим расширение пространства.

Если расширение Вселенной будет продолжать ускоряться, то мы никогда не сможем получить информацию из-за пределов некоей сферы, в центре которой мы находимся. Информация распространяется со скоростью света. В статичной Вселенной это означало бы, что любая информация может достичь нас по прошествии достаточного времени. Во Вселенной, расширяющейся с постоянной скоростью, как показывает пример муравья на растягивающейся резиновой ленте, также следует ожидать, что любая информация, распространяющаяся по бесконечной Вселенной, рано или поздно доберется и до нас. Но в условиях ускоряющегося расширения существуют объекты, которые никогда не смогут преодолеть разделяющее нас пространство достаточно быстро, чтобы скомпенсировать это ускорение. В соответствии с современной оценкой космологической постоянной, предположительно определяющей это расширение, считается, что радиус сферы, из-за которой мы не сможем получить никакой информации, посланной в данный момент, равен сейчас 18 миллиардам световых лет.

По мере расширения пространства между звездами свет этих звезд претерпевает красное смещение, и чем больше растягивается пространство, тем большей становится длина волны света. Нам кажется, что звезды гаснут, когда длина волны света увеличивается настолько, что мы уже не можем его увидеть. Это же относится и к той части реликтового излучения, которую мы можем распознать: длины волн этих ранних фотонов растягиваются настолько, что обнаружить их становится почти невозможно.

Поражает воображение мысль о том, что в будущем, когда красное смещение реликтового излучения возрастет настолько, что его уже нельзя будет обнаружить, а галактики окончательно исчезнут из виду, у космологов может не остаться оснований считать, что мы живем в расширяющейся Вселенной. Возможно, цивилизации будущего вернутся к той модели Вселенной, в которую верили древние: в ней наша Галактика окружена пустотой, а все сущее содержится в бумажном икосаэдре, который я сделал, чтобы ориентироваться в космосе. Ничто не будет свидетельствовать об однородности Вселенной. Мы снова окажемся в исключительной точке мироздания, окруженной ничем.

Если Вселенная бесконечна, то вероятность существования чего-то, не поддающегося нашему познанию, кажется весьма высокой. Само устройство Вселенной, по-видимому, лишает нас надежды наблюдать такие явления. И все же Вселенная, находящаяся за пределами нашего горизонта видимости, может оставлять отпечатки в той части космоса, которая нам видна.

Если Вселенная конечна, это налагает ограничения на некоторые из возможных резонансов. Представим себе Вселенную в виде огромного резонатора наподобие корпуса моей виолончели. Форма виолончели подобрана так, чтобы резонансные частоты вибраций, возможных в таком корпусе, создавали приятное уху звучание. Собственно говоря, одним из отличий произведения Страдивари от виолончели фабричного изготовления является совершенство формы, которое создает более красивое звучание.

Одна из интригующих проблем, долгое время занимавшая математиков, сводилась к вопросу о возможности восстановления формы резонатора по резонансным частотам волн, вибрирующих в нем. В фундаментальной работе Марка Каца этот вопрос был сформулирован так: «Можно ли услышать форму барабана?» [78]Например, существует особый набор частот, который может возникнуть только в квадрате. Однако в 1992 г. математики Каролин Гордон, Дэвид Уэбб и Скотт Уолперт создали две странные формы, которые имеют одинаковые резонансные частоты, хотя сами эти формы различны [79].

С точки зрения моих поисков края Вселенной, тут интересна возможность узнать от таких резонансов, конечна Вселенная или же бесконечна. Если взять конечный резонатор, то длины волн, которые могут резонировать внутри его, ограничены размером резонатора. Если же пространство бесконечно, такого ограничения быть не должно. В середине 1990-х гг. французский ученый Жан-Пьер Люмине с коллегами исследовали реликтовое излучение, пытаясь установить, какие волны остались после Большого взрыва. Согласно их результатам, в спектре недоставало больших длин волн. Значит ли это, что пространство недостаточно велико, чтобы поддерживать такие волны?

Два барабана с одинаковыми резонансными частотами

Более точные данные космического аппарата «Планк», опубликованные в 2013 г., не подтвердили сведений о недостающих длинах волн, которые свидетельствовали бы о конечности Вселенной. Так что вопрос пока остается открытым. И в этом заключается одна из проблем этой дилеммы: если Вселенная конечна, то мы, возможно, когда-нибудь сможем в этом убедиться; если же она бесконечна, мы обречены навечно оставаться в этом эпистемологическом тупике.

Хотя волны, обнаруживаемые в реликтовом излучении, ничего не говорят нам о том, конечна ли Вселенная, они могут позволить нам оценить ее минимальные размеры. Волны, которые мы можем обнаружить, дают нам реальный шанс заглянуть за наш космический горизонт. Как объяснили в своей статье 1978 г. [80]советские физики Леонид Грищук и Яков Зельдович, некоторые волны могут резонировать, только если резонатор, внутри которого мы находимся, достаточно велик. Патрисия Кастро, Мариан Дуспис и Педро Феррейра, используя обнаружимые резонансы, заключили [81], что Вселенная по меньшей мере в 3900 раз больше видимой нами части пространства.