Виктор Стенджер - Бог и Мультивселенная. Расширенное понятие космоса

Ω c… Относительная плотность холодной темной материи … 0,2582 ± 0,0037

Ω L… Относительная плотность темной энергии … 0,692 ± 0,010

n … Спектральный индекс первичных флуктуации … 0,9608 ±0,0054

τ … Оптическая толща реионизации … 0,092 ± 0,013

Ω k…Плотность энергии пространственной кривизны, доверительная вероятность 95% … -0,0005 ± 0,0066

Σm ν… Сумма масс нейтрино, эВ, доверительная вероятность 95% … <0,23

N eff… Эффективное число нейтрино, доверительная вероятность 95% … 3,30 ± 0,53

Y p… Массовая доля гелия, доверительная вероятность 95% … 0,267 ±0,039

ω … Параметр уравнения состояния темной энергии, доверительная вероятность 95% … -1,13 ±0,24

Значения параметров определены путем аппроксимации данных 2013 года, полученных обсерваторией «Планк», аппаратом WMAP, и в других экспериментах. Обратите внимание: это не более чем последние из имеющихся значений на момент настоящей публикации и они наверняка будут изменяться со временем по мере поступления новых данных

СМИ любят трубить о новых теориях, которые якобы опровергли расширение Вселенной, Большой взрыв или инфляцию. Но до тех пор, пока какой-то из этих теорий не удастся воспроизвести данные наблюдений, изображенные на рис. 10.4 и 14.3, так же точно и экономно, как это делается в рамках описанной здесь инфляционной модели Большого взрыва, не обращайте на них внимания. Кроме того, как мы вскоре увидим, благодаря последним наблюдениям инфляционная модель утвердилась почти настолько же прочно, как модель Большого взрыва.

С высокой степенью статистической значимости спектральный индекс первичных флуктуации теперь несколько меньше единицы, что подтверждает прогнозы инфляционной модели. Итак, инфляционная модель прошла еще одну фальсификационную проверку. Стоит отдельно отметить, что параметр уравнения состояния темной энергии все еще равен -1 (ω = -1), тем самым продолжая подтверждать гипотезу, согласно которой источником темной энергии является космологическая постоянная. Однако погрешность в 21% все же довольно велика, таким образом, еще остается вероятность существования некоторой формы квинтэссенции. В самом деле, если темная энергия представляет собой квинтэссенцию со значением ω, очень близким к -1, будет очень сложно отличить ее от космологической постоянной и точно определить ее природу.

Космологи-теоретики продолжают предлагать другие модели, одна из которых, а то и несколько, может оказаться лучше той, которую я здесь описал. Тем не менее на момент написания этих строк ни одна из них не приблизилась к тому, чтобы заменить модель LCDM {300} 300 Hamilton Jean-Christophe. What Have We Learned from Observational Cosmology? (paper presented at the Philosophical Aspects of Modern Cosmology Meeting, Grenada, Spain, September 22–23,2013). .

Рабочая группа «Планк» сравнила полученные данные с несколькими моделями функции потенциальной энергии, которая запустила процесс инфляции {301} 301 См. рис. 1 в: Planck Collaboration, Planck 2013 Results. XXII. Constraints on Inflation // arXiv preprint arXiv: 1303.5082 (2013). . Хотя несколько моделей были исключены, остальные вполне имеют право на существование. В частности, не сдает позиций хаотическая модель Линде, которую я использовал в качестве примера, поскольку она наиболее проста и естественна. Она даже в какой-то мере укрепилась благодаря последним данным, касающимся первичных гравитационных волн, о которых мы вскоре поговорим.

Работа обсерватории «Планк» была остановлена 23 октября 2013 года, после того как установка истощила запасы жидкого гелия, использовавшегося в качестве охладителя.

Среди прогнозов общей теории относительности было и существование гравитационных волн. Точно также, как электромагнитные волны возникают вследствие колебаний заряда, вызывающих колебания другого заряда на некотором расстоянии, гравитационные волны появляются благодаря колебаниям массы, которая вызывает колебания другой массы на некотором расстоянии. Но гравитационный эффект намного слабее электромагнитного.

В течение многих лет делались попытки непосредственно зафиксировать колебания массы, вызванные гравитационными волнами. Самым последним таким проектом стала лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory). Она состоит из двух обсерваторий, расположенных на расстоянии 3002 км друг от друга, в Хэнфорде, штат Вашингтон, и Ливингстоне, штат Луизиана, что позволяет определять местоположение источника волн методом триангуляции. Основной элемент каждой обсерватории — Г-образная высоковакуумная трубка длиной 5 км с каждой стороны, по которой проходит лазерный пучок, отражаясь от зеркал, установленных на обоих концах трубки. По принципу действия устройство подобно интерферометру Майкельсона: гравитационную волну можно обнаружить благодаря тому, что, проходя между двумя установками, она вызовет небольшое изменение длины одного пучка по сравнению с другим по причине их интерференции. С 2002 года и до сих пор положительных результатов зафиксировано не было. В настоящее время проводится модернизация этих обсерваторий.

Но реликтовое излучение вновь подсказывает нам альтернативный подход к фундаментальному явлению. На момент написания этих строк благодаря реликтовому излучению не только были получены первые значимые доказательства существования гравитационных волн, но и появились наиболее убедительные на сегодняшний день данные в пользу инфляционной модели.

Вспомните, в главе 11, в разделе, посвященном гравитационному линзированию, мы говорили о В-моде поляризации реликтового излучения. В-мода поляризации реликтового излучения не могла появиться вследствие возмущений нормального скалярного инфлятонного поля. Однако ее обнаружение в энергетическом спектре реликтового излучения в диапазоне мультиполей 30 < l < 150 почти наверняка свидетельствует о том, что флуктуации в тензорном гравитационном поле ранней Вселенной существенно увеличились вследствие инфляции.

В своей книге «Бесконечная Вселенная: за гранью Большого взрыва» Пол Стейнхардт и Нил Тьюрок назвали обнаружение В-моды поляризации «шестым краеугольным испытанием инфляционного сценария» {302} 302 Steinhardt Paul J. and Turok Neil. Endless Universe: Beyond the Big Bang. — New York: Doubleday, 2007. . В 2001 году Стейнхардт, Тьюрок и двое их соавторов предложили альтернативу инфляционной космологии, названную экпиротическим сценарием, согласно которому Вселенная возникла в результате столкновения бран {303} 303 Khoury Justin et al. The Ekpyrotic Universe: Colliding Branes and the Origin of the Hot Big Bang, 2001 // Physical Review, D 64,2001:123522. . Браны — это двухмерные объекты М-теории (см. главу 11). Слово «экпиротический» происходит от греческого ekpyrosis, которое стоики использовали в значении «воспламенение и очищение космоса».