Александр Викторович Волков - 100 великих загадок астрономии

И вновь мы неотвратимо, как галактики – к Великому аттрактору, устремляемся к тому же вопросу, на который ученые пытаются ответить десятилетиями: «Как же возникли гигантские скопления галактик?» Подобный вопрос неминуемо влечет за собой другие вопросы: «Почему эти скопления выглядят так, а не иначе? И как вообще возник наш мир? Почему он таков, каким мы его видим?»

Согласно общепринятому мнению, наш мир родился около 14 миллиардов лет назад в пламени Большого взрыва. Единственной силой, упорядочившей материю, была гравитация. Однако сила эта слаба, и пока она упорядочит материю, пройдет слишком много времени. Чем больше структура, тем дольше она будет формироваться.

Становление космоса могло протекать двояким образом: «сверху вниз» (top down), когда в «первородном бульоне» зародились, а потом разрослись структуры, наблюдаемые нами теперь, или же «снизу вверх» (bottom up) – по этому сценарию, газовые туманности сгущались в звезды, звезды стягивались в галактики, те образовывали скопления и, наконец, возникала космическая пена.

В последнее время подобные процессы удалось смоделировать на компьютере. В первом случае все интересовавшие нас структуры – космическая «пена», сверхскопления и скопления галактик, а также отдельные галактики – возникали, но это занимало очень много времени, тогда как старейшие галактики появились уже 13 миллиардов лет назад. Во втором случае образовались лишь галактики и их скопления, но никакой космической «пены», никакого «Великого аттрактора» не было.

Зато не было, разумеется, недостатка в самых рискованных гипотезах, объяснявших влечение галактик друг к другу. Так, нобелевский лауреат по физике Ханнес Альфвен предположил, несмотря на скепсис коллег, что в космосе существует еще одна сила, пока неизвестная нам. Возможно, гигантские космические структуры возникают благодаря плазменным токам – электрически заряженным и высокоэнергетичным потокам газа – и созданным им магнитным полям.

Быть может, в мироздании есть и другие силы, о которых мы пока ничего не знаем? Возможно, галактики – это не просто скопление мертвой материи. Возможно, они, подобно животным, сами «сбиваются в стаи», испытывая друг к другу симпатию. Ведь никакие законы гравитации или магнетизма не заставляют муравьев строить себе общежитие – муравейник.

Бенуа Мандельброт – человек, придумавший термин «фрактал», – сравнил структуру Вселенной с перистым облаком. По его словам, весь мир организован по фрактальному принципу. Мироздание имеет «волокнистую», разветвленную структуру, напоминая крону дерева или бронхи легких. Если это действительно так, – а многое говорит в пользу этой гипотезы, – то сие будет иметь самые фатальные последствия для наших космологических спекуляций. Ведь они опираются в основном на формулы теории относительности. Однако те справедливы лишь для однородной Вселенной, в которой материя распределена сравнительно равномерно. Для фрактальной Вселенной они не действуют. Подводя итог, повторим: никто не знает, почему во Вселенной возникли эти громадные структуры и сколько времени ушло на их формирование.

Можно лишь отметить, как похож этот космический узор на «Мультивселенную» российского космолога Андрея Линде – множество не сообщающихся друг с другом Вселенных. Ведь ее тоже можно сравнить с мыльной пеной, усеянной множеством пузырьков: одни из них раздуваются, другие сдуваются – одни Вселенные рождаются, другие гибнут. Большой взрыв, породивший наш мир, возможно, вовсе не является уникальным событием. Это – не первый и не последний Большой взрыв, раздавшийся в Мультивселенной, но вся она, сотрясаемая бессчетными взрывами, порождает все новые Вселенные, размножаясь таким образом.

Если уж мы позволили себе сравнить Вселенную с живым существом, то эти пузырьки, возникающие в Мультивселенной, напоминают… икринки: многие из них вскоре погибнут, и лишь некоторые разовьются в огромные, полные жизни организмы – новые Вселенные. Впрочем, подобное сравнение скорее достойно пера писателя-фантаста.

Однако не будем забывать, что космос полон тайн, и, может быть, даже наша Вселенная обладает свойствами, которые нам трудно себе представить.

За последние годы мы свыклись с мыслью о том, что видимая материя – ее называют «барионной» – составляет меньшую часть Вселенной. Какими бы громадными ни казались нам звезды, они – песчинки, брошенные в океан тьмы. Все остальное – невидимый и неведомый мир, сказочное «то, не знаю что». Оно не затмевает свет и не улавливает потоки частиц; оно не излучает электромагнитные волны и не отражает их. Безмерная шапка-невидимка накинута на весь окружающий космос, и лишь россыпь звезд, разбросанных вокруг этого таинственного Нечто, выдает нам его очертания. Мы ощущаем неимоверную тяжесть, исходящую от него.

Это Нечто все важнее для астрономов. Оно разрослось на наших глазах. Первые сомнения в том, что все видимое нами и есть космический мир, зародились еще в 1930-е годы, когда нидерландский астроном Ян Хендрик Оорт убедился, что толщина диска Млечного Пути меньше, чем того допускает масса имеющихся здесь звезд, а работавший в США швейцарский астроном Фриц Цвикки, наблюдая за галактическим скоплением Волосы Вероники, пришел к выводу, что массы видимого вещества недостаточно, чтобы объяснить, почему все эти галактики удерживаются вместе. Однако гипотеза того же Цвикки, гласившая, что в этом скоплении галактик содержится какая-то скрытая масса – некое не видимое нами вещество – не встретила понимания у специалистов. Большинство астрономов отнеслись к его идее скептически.

Распределение темной материи в космосе

На протяжении нескольких десятилетий ученые избегали возвращаться к фактам, выявленным Оортом и Цвикки, поскольку объяснить их можно было, лишь радикально пересмотрев научную систему мира и предположив, что огромное количество вещества (или астрономических объектов?) недоступно нашему наблюдению. Точно так же физики не могут истолковать пока результаты опытов, проведенных в 2011 году в ЦЕРН и лаборатории Гран-Сассо (Швейцария / Италия), во время которых нейтрино перемещались со сверхсветовой скоростью. Может быть, и в этом случае ждать придется несколько десятилетий?

Вновь к этой загадке вернулись лишь в начале 1960-х годов, когда американский астроном Вера Рубин, анализируя, как распределяются скорости звезд в спиральных галактиках, убедилась, что они не уменьшаются по мере удаления от галактического центра, а остаются почти неизменными – около 200 километров в секунду. С этого времени в научных кругах всерьез заговорили о существовании темного вещества.