Знание-сила, 2001 №11 (893)

Инфляционная теория Биг Бэнга видит ту же картину иначе. В ее сценарии карта остаточного излучения тоже должна содержать основные участки с температурой 2,728 градуса Кельвина и более холодные участки с угловым размером в один градус, но вдобавок еще и холодные участки с «кратными» угловыми размерами – в половину градуса, четверть градуса и так далее.

Что же показали данные экспериментов? Предварительная карта «Бумеранга» содержала только один вид более холодных пятен размером в один угловой градус и лишь некий слабый, сомнительный намек на пятна следующего углового размера, не позволявший судить, дискретны эти размеры (и тогда верна инфляционная теория) или образуют непрерывный «хвост» (и тогда верна теория «космических дефектов»). Как сказал один из комментаторов, эти данные напоминали «пятна Роршаха», которые предъявляют испытуемым на психологических тестах и в которых каждый из них видит все, что хочет.

Естественно, сторонники инфляционной теории увидели в предварительных результатах «Бумеранга» ее подтверждение, а противники – опровержение. Однако наличие пятен «первого порядка», то есть с угловым размером в один градус, было несомненным, и это диктовало вывод поистине фундаментального для космологи значения: видимая нами часть Вселенной – «плоская». В самом деле, она не может быть «замкнутой»: еще Фридман когда-то показал, что срок расширения «замкнутой» Вселенной довольно короток, он не превышает 5 миллиардов лет. Ныне видимая часть нашей Вселенной существует уже 15 миллиардов лет и все еще расширяется, так что она не может быть «замкнутой».

Остаются два варианта – «открытая» и «плоская». «Открытая» Вселенная (та, в которой суммарная масса, а стало быть, и гравитация недостаточны, чтобы существенно замедлить расширение) имеет искривленное пространство (например, параллельные прямые в нем расходятся). Это должно привести к искажению наблюдаемых угловых размеров на карте остаточного излучения. Действительно, если в «плоской» Вселенной лучи от краев пятна «первого порядка» (1 градус) приходят к наблюдателю, сохраняя этот угловой раствор, то в «открытой» Вселенной эти же лучи должны искривляться внутрь, и кажущиеся угловые размеры пятна будут меньше одного градуса. Поскольку они видятся именно в один угловой градус, приходится заключить, что кривизна нашего пространства нулевая или очень близка к нулевой.

Вообще говоря, теория инфляции предсказывает именно этот вывод: мощное инфляционное «раздувание» начальной Вселенной должно было «разгладить» небольшие ее участки (а видимая нами часть Вселенной ничтожно мала относительно ее общего размера), как разглаживает поверхность резинового шарика его надувание. Но полученный вывод можно объяснить и без инфляции. Кроме того, его можно попытаться оспорить, поскольку он приводит к парадоксу критической плотности.

Сторонники инфляционной теории утверждали, что результаты «Бумеранга» и «Максимы» подтверждают не только «плоский» характер Вселенной, но и справедливость инфляционного объяснения этого факта. Однако зашита этого тезиса приводит к парадоксу. Как мы уже говорили, если Вселенная «плоская», ее средняя плотность должна равняться некой критической величине. Но все вещество в наблюдаемой части Вселенной – и видимое, и «темное» – обеспечивает не более 35 процентов от этой критической плотности. Для решения парадокса приходится постулировать существование какого-то вида доселе неизвестной энергии, которая (при переводе в массу по эйнштейнову принципу эквивалентности энергии и массы) дала бы недостающие 65 процентов. По аналогии с «темным» веществом такая гипотетическая энергия тоже получила название «темной».

Гипотеза о существовании во Вселенной такой энергии (и связанного с ней поля) была впервые высказана уже несколько лет назад, когда две группы исследователей, изучавшие далекие сверхновые звезды, пришли к выводу, что яркость этих звезд не соответствует той, какая должна быть, если бы Вселенная замедляла свое расширение. Напротив, она такова, как если бы скорость расширения Вселенной в последнее (в космических масштабах) время непрерывно нарастала. А такое нарастание требует наличия какого-то ускоряющего, «антигравитационного» поля. В начале же нынешнего года, на очередной встрече ученых НАСА, группа астрономов под руководством Адама Риса сообщила об открытии очередной, самой далекой на сей день (10 миллиардов световых лет) сверхновой звезды, свойства которой снова подтвердили факт ускоряющегося расширения наблюдаемой части нашей Вселенной, и сейчас астрономы планируют запустить в 2008 году специальный спутник для тщательной проверки всех этих сведений.

Данные «Бумеранга» и «Максимы», как видим, врезались в самую основу этого конфликта, косвенно подкрепив гипотезу «темной» энергии. Но у нее есть коренная трудность: она не может объяснить физическую природу загадочного ускоряющего поля. В ходе споров вокруг результатов «Бумеранга» были предложены три варианта такого объяснения. Первый из них предлагает вернуть в уравнения теории тяготения ту «космологическую постоянную», которую Эйнштейн некогда произвольно ввел туда для компенсации тяготения, дабы его модель Вселенной оставалась статичной, а затем выбросил, когда выяснилось, что Вселенная расширяется.

Любопытно, что эта «космологическая постоянная» уже не первый раз возвращается в космологию. Через несколько лет после того, как ее изгнал оттуда сам Эйнштейн, квантовая физика открыла, что в так называемой космической пустоте, в «вакууме» явно что-то скрывается, потому что там то и дело рождаются пары элементарных частиц – электрон с позитроном, протон с антипротоном и тому подобное. Было решено, что их рождает некое невидимое поле, и физики тотчас вспомнили об антигравитационном поле «космологической постоянной». Увы, она должна быть мала, а это не соответствовало характеру «вакуумного поля», по оценкам квантовой теории.

Потом в физике возникла очередная неувязка: возраст Вселенной оказался (показался) меньше возраста самых старых звезд в ней. Сейчас доказано, что этот вывод был результатом ошибочных оценок, но тогда ученые снова схватились за «космологическую постоянную» и соорудили с ее помощью такую модель Вселенной, при которой начальное быстрое расширение сменялось затем длительным периодом почти равномерного расширения (а затем – ускоренного расширения), так что с учетом этого периода «равномерности» Вселенная становилась старше всех своих звезд. Эти идеи были, однако, отброшены, так как вскоре вся проблема возраста Вселенной была снята с повестки дня.

К идее Эйнштейна возвращались в 50-е годы в связи с открытием так называемых квазаров, так что нынешние разговоры о «космологической постоянной» – уже четвертое возвращение к ней, теперь уже в связи с гипотезой «темной» энергии. Кажется, Эйнштейн все-таки поторопился, назвав свою придумку с этой постоянной «величайшей ошибкой своей жизни». Некоторые физики говорят, что сегодня эта идея могла бы принести ему еще одну Нобелевскую премию.