Знание-сила, 2003 №10 (916)

Можно ли наглядно представить себе эту картину? Можно — утверждают авторы, если допустить, что трехмерное пространство нашей Вселенной «свернуто» наподобие бесконечно длинного цилиндра или в виде «тора», то есть цилиндра, свернутого и соединенного концами (проще говоря — в виде бублика). Разумеется, такое свертывание трехмерного объема до конечных размеров в одном направлении может произойти только в «пространстве» четырех или более измерений (точно так же плоский, двумерный лист бумаги можно свернуть в цилиндр лишь в третьем измерении). Надо заметить, что подобная гипотеза — правда, чисто умозрительно, без привязки к каким бы то ни было экспериментальным данным — уже выдвигалась в 1984 году в России Я. Зельдовичем и А. Старобинеким, а позднее — американскими математиками Сэрстоном и Уиксом. Но теперь такая модель впервые выдвигается на серьезное обсуждение как возможное объяснение наблюдательных результатов. Понятно, что это открывает совершенно новые горизонты в космологии, понуждая к детальному теоретическому исследованию последствий такого предположения и возможности его экспериментальной проверки.

Одна такая возможность, как указывают Тегмарк и его коллеги, напрашивается сразу. Вселенная, имеющая форму четырехмерного цилиндра или тора, должна быть бесконечной при движении вдоль «бублика» и конечной — при движении поперек него. Поэтому свет, распространяюшийся вдоль оси такой Вселенной, должен периодически возвращаться к источнику, иными словами — астрономы должны видеть одни и те же космические объекты по много раз, как будто находятся в зале со стоящими друг против друга зеркалами. Наличие такого эффекта поддается экспериментальной проверке, и в печати уже появились первые предложения, как это сделать.

Вторая загадка «Карты Уилкинсона» связана с вопросом о природе так называемой темной энергии. Это понятие появилось в нынешней космологии в результате последовательного развития идей А. Эйнштейна. Сразу же по завершении своей теории тяготения в 1916 году Эйнштейн попытался применить ее выводы к Вселенной как целому. Оказалось, что уравнения его теории допускают простое и изящное решение в виде статичной и однородной сферической Вселенной, но лишь в том случае, если «насильственно» дополнить их неким постоянным членом, некой «космологической постоянной», которую он обозначил греческой буквой «ламбда».

Физический смысл этой постоянной был очевиден сразу. Поскольку взаимное притяжение частиц вещества друг к другу должно стягивать Вселенную в точку, сферическая модель будет статичной лишь в том случае, если силе тяготения будет противодействовать равная ей и противоположная по направлению «сила расширения». «Ламбда» как раз и характеризует физическое поле, порождающее эту силу. Статичная модель Эйнштейна продержалась недолго, потому что уже несколько лет спустя петербургский математик А. Фридман показал, что уравнения теории тяготения Эйнштейна допускают и другой класс решений, которые описывают расширяющуюся или сжимающуюся Вселенную, а вскоре наблюдения американского ученого Хаббла подтвердили, что она вместе с ее пространством действительно расширяется.

Какое-то время казалось, что это расширение является следствием первичного Большого Взрыва и что Вселенная в конце концов снова начнет сжиматься, закончив свою жизнь «охлопыванием» («коллапсом») всех атомов и элементарных частиц в одну безразмерную точку с бесконечной плотностью и температурой. Этот сценарий конца Вселенной получил название «Большого Хруста». Затем выяснилось, что вещества во Вселенной — паже с учетом «темного вещества» —слишком мало, чтобы заставить ее вновь сжиматься (данные «Карты Уилкинсона» это, кстати, подтвердили), и возобладало представление, что она будет расширяться до бесконечности, закончив свою жизнь не «Большим Хрустом», а «Большим Шепотом», когда все ее вещество, вплоть до последних атомов и частиц, истончится до нуля.

Наконец, совсем недавно, при изучении сверхновых звезд, было обнаружено, что Вселенная не просто расширяется, а делает это ускоренно, как будто в ней существует какое-то невидимое «распирающее» поле, не могущее быть уравновешенным наличным полем тяготения. Энергия этого невидимого поля получила название «темной», и, постулировав его существование, космология как бы описала круг и вернулась к ранее отброшенной эйнштейновой «космологической постоянной».

Известно, однако, что такие возвращения, как правило, происходят на новом уровне понимания, и в этот раз космология вернулась к «расширяющему полю» с пониманием того, что оно может быть не только статичным, в духе предположения Эйнштейна, но и переменным во времени и в пространстве. К настоящему времени сложилось убеждение, что переменное поле «темной энергии» тоже удовлетворяет уравнениям теории тяготения.

Так вот, вторая особенность, подмеченная на «Карте Уилкинсона» Штейнхардтом и другими, состоит в том, что ее данные как будто бы лучше согласуются с предположением, что «темная энергия» существует именно в виде «квинтэссенции», то есть может меняться со временем и иметь различные значения в разных участках пространства. Обе эти возможности приводят к далеко идущим выводам.

Переменность «расширяющего поля» в пространстве может означать, что Вселенная расширяется не вполне равномерно, и возникает необходимость более точного и детального экспериментального изучения скорости ее расширения по всем направлениям.

Что же касается переменности расширения во времени, то оно может привести к еще более катастрофическим последствиям. Эту возможность детально исследовал американский астроном Колдвелл. В начале нынешнего года он выступил в журнале «Physical Review» со статьей, в которой рассматривает ход расширения Вселенной в случае, если поле «квинтэссенции» будет быстро нарастать со временем.

Результаты расчетов Колдвелла приводят к радикально новому сценарию конца Вселенной, отличному не только от сценария «Большого Хруста», но и от варианта «Большого Шепота». По Колдвеллу, этот список нужно дополнить также возможностью «Большого Разрыва». Действительно, если загадочное поле «темной энергии» («квинтэссенции»), которое ускоряет расширение Вселенной, не остается постоянным, а напротив, все более нарастает по мере этого расширения, то в какой-то момент оно может (и должно) достичь таких значений, что наступит некий «обвал»: процесс бесконечного ускоренного истончения вещества сменится стремительным «распарыванием», «разрывом», своего рода «антиколлапсом» всего существующего, который закончится не в бесконечности, как полагали раньше, а во вполне обозримое, конечное время.