Шон Кэрролл - Вечность. В поисках окончательной теории времени

Вернуться

40

Хочу особо подчеркнуть: заявление о том, что частицы не рождаются из пустого пространства, – это всего лишь предположение, хотя и достаточно обоснованное, по крайней мере в современной Вселенной. (Позже мы узнаем, что в ускоряющейся Вселенной, в ходе процесса, аналогичного излучению Хокинга в окрестности черных дыр, частицы могут возникать из вакуума, хотя и крайне редко.) Бытовавшая некогда теория стационарной Вселенной основывалась на противоположном предположении, но ей веры нет: для того чтобы она реально работала (хотя в действительности этого никогда не было), ее последователям пришлось выдумать несколько новых типов физических процессов.

Вернуться

41

Для того чтобы соблюсти должную точность, следует отметить, что термин «Большой взрыв» употребляют в двух разных значениях. Один из них мы только что рассмотрели: Большим взрывом зовется гипотетический момент бесконечной плотности в самом начале существования Вселенной или, по крайней мере, состояние Вселенной, когда она была очень, очень близка к этому моменту. Однако мы также говорим о модели Большого взрыва, представляющей собой общий формализм описания расширяющейся Вселенной от горячего плотного состояния в соответствии с правилами общей теории относительности (при этом слово «модель» мы иногда опускаем). Вам может попасться на глаза газетная статья, рассказывающая, как специалисты по космологии «тестируют предсказания Большого взрыва». Но невозможно проверить предсказания какого-то момента во времени, можно лишь протестировать предсказания модели. Таким образом, эти два понятия достаточно независимы. Позднее в этой книге мы приведем доводы, что полная теория Вселенной должна предложить что-то более совершенное вместо привычной сингулярности Большого взрыва, но модель Большого взрыва, описывающая развитие Вселенной на протяжении последних 14 миллиардов лет, обоснована, подтверждена и никуда не денется.

Вернуться

42

История открытия реликтового излучения полна недоразумений. Георгий Гамов, Ральф Альфер и Роберт Херман в конце 1940-х – начале 1950-х годов написали серию статей, в которых со всей очевидностью предсказывали существование реликтового микроволнового излучения, доставшегося нам в наследство от Большого взрыва, однако об этих работах впоследствии каким-то образом забыли. В 1960-е годы Роберт Дик в Принстонском университете, а также Андрей Дорошкевич и Игорь Новиков в Советском Союзе независимо друг от друга заявили о существовании и возможности обнаружения такого излучения. Дик даже собрал группу талантливых молодых космологов (включая Дэвида Уилкинсона и Филлипа Пиблса, которые сегодня по праву считаются ведущими специалистами в этой области), для того чтобы построить антенну и самостоятельно заняться поисками фонового излучения. Их опередили находящиеся всего в нескольких милях Пензиас и Уилсон, которые к тому же даже не подозревали о работе, проводимой молодыми учеными. Гамов скончался в 1968 году, и до сих пор остается загадкой, почему предсказания Альфера и Хермана не были отмечены Нобелевской премией. Они изложили свое видение истории в совместной книге «Genesis of the Big Bang» ( Alpher and Herman , Oxford: Oxford University Press, 2001). В 2006 году премию получили Джон Мазер и Джордж Смут за измерение спектра и температурной анизотропии реликтового излучения. Они использовали спутник NASA под названием COBE (Cosmic Background Explorer, «исследователь космического фона»).

Вернуться

43

Фаррелл рассказывает эту историю целиком ( Farrell, J. The Day Without Yesterday: Lemaître, Einstein, and the Birth of Modern Cosmology. New York: Basic Books, 2006.)

Вернуться

44

Bondi, H., Gold, T. The Steady-State Theory of the Expanding Universe // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , 1948, 108, p. 252–270; Hoyle, F . A New Model for the Expanding Universe // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , 1948, 108, p. 372–382.

Вернуться

45

См., например: Wright, E. L. Errors in the Steady State and Quasi-SS Models (2008). http://www.astro.ucla.edu/~wright/stdystat.htm

Вернуться

46

Само собой, это всего лишь упрощение, а реальная история куда интереснее. Считается, что сверхновые типа Ia появляются в результате катастрофического гравитационного коллапса белых карликов. Белый карлик – это звезда, израсходовавшая все свои запасы ядерного топлива. Она тихонько висит на небе благодаря лишь тому факту, что электроны занимают определенное место. Однако у некоторых белых карликов есть звезды-компаньоны, вещество с которых может постепенно просачиваться на белого карлика. В конечном счете карлик достигает критического состояния – предела Чандрасекара (названного так в честь Субраманьяна Чандрасекара), когда направленное наружу давление, создаваемое электронами, оказывается не в силах соперничать с силой притяжения, и звезда схлопывается в нейтронную звезду, отбрасывая внешние слои и производя вспышку сверхновой. Поскольку предел Чандрасекара примерно одинаков для всех белых карликов во Вселенной, яркость взрыва всех сверхновых типа Ia также практически одна и та же (существуют и другие типы сверхновых, но они не имеют никакого отношения к белым карликам). Кроме того, астрономы научились корректировать разницу в яркостях, используя тот эмпирический факт, что после достижения пикового значения светимости более яркие сверхновые угасают дольше. Историю о том, как астрономы искали сверхновые и как они в итоге сумели обнаружить ускорение Вселенной, можно прочитать в следующих книгах: Goldsmith, D . The Runaway Universe: The Race to Find the Future of the Cosmos. New York: Basic Books, 2000; Kirshner, R. P. The Extravagant Universe: Exploding Stars, Dark Energy, and the Accelerating Cosmos. Princeton, NJ: Princeton University Press, 2004; Gates, E. I. Einstein’s Telescope. New York: W. W. Norton, 2009. Исходные статьи: Riess, A. et al ., Supernova Search Team. Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant // Astronomical J ., 1998, 116, p. 1009–1038; Perlmutter, S. et al ., Supernova Cosmology Project. Measurements of Omega and Lambda from 42 High Redshift Supernovae // Astrophysical J ., 1999, 517, p. 565–586.

Вернуться

47

Еще один тонкий момент, требующий разъяснения. Скорость расширения Вселенной оценивается с помощью константы Хаббла, связывающей расстояние с красным смещением. В действительности это не «константа» – в ранней Вселенной расширение происходило намного быстрее, поэтому значение того, что правильнее было бы называть параметром Хаббла, было тогда значительно больше. Казалось бы, можно ожидать, что фраза «Вселенная ускоряется» подразумевает: «значение параметра Хаббла увеличивается», однако это не так: это всего лишь означает, что «значение параметра Хаббла не очень сильно уменьшается». Термин «ускорение» относится к увеличению с течением времени видимой скорости любой отдельно взятой галактики. Однако эта скорость равна параметру Хаббла, умноженному на расстояние, а расстояние с расширением Вселенной увеличивается. Таким образом, нельзя утверждать, что в ускоряющейся Вселенной увеличивается значение параметра Хаббла; ускоряющаяся Вселенная – это та, в которой увеличивается произведение параметра Хаббла на расстояние до некоторой галактики. Оказывается, даже с учетом космологической постоянной значение параметра Хаббла в действительности не увеличивается; просто скорость его уменьшения снижается по мере того, как Вселенная расширяется и разреживается. В конечном итоге, когда все вещество разлетится и не останется ничего, кроме космологической постоянной, параметр Хаббла достигнет постоянного значения.