Кэти Мак - Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики

Что еще интересного можно увидеть, располагая изображениями миллиардов галактик? Во-первых, можно наблюдать эффект сильного гравитационного линзирования, который заключается в том, что галактика (или скопление галактик) так сильно искажает окружающее пространство, что свет от объекта, находящегося непосредственно за ней, расщепляется на несколько изображений или распространяется в виде огибающей галактику дуги.

Представьте, что вы смотрите на свечу сквозь изогнутое стекло в основании пустого бокала. При этом вы увидите пламя в виде дуги или круга. В случае гравитационной линзы отдельные изображения формируются вследствие искривления траекторий разных лучей света. Это означает, что, если в линзируемой галактике вспыхнет сверхновая, на каком-то изображении она появится раньше, чем на другом, поскольку свет, формирующий второе изображение, добирается до нас по более длинному пути.

Помимо того, что с помощью этого трюка вы можете произвести впечатление [81] «Видишь вон ту звезду? Она взорвется через год. Плюс-минус четыре месяца». (Адаптировано из работы Трева и др. (Treu et al.) 2016, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal.) , подобные задержки во времени предоставляют новый способ измерения скорости расширения Вселенной, поскольку при вычислении таких огромных расстояний данный параметр становится очень важным фактором. А мы отчаянно нуждаемся в новых способах измерения скорости расширения пространства, поскольку наши нынешние методы дают слишком разные результаты.

Как вы помните из главы 5, при измерении скорости расширения (также известной как постоянная Хаббла) с использованием сверхновых мы получаем одно число, а при измерении с помощью реликтового излучения – другое. Результаты альтернативных измерений, склоняющиеся в ту или иную сторону, не помогли разрешить это противоречие. (Недавно мы получили некую среднюю величину, которая, к сожалению, не согласуется ни с одним из значений.) Измерение задержки, вызванной гравитационным линзированием, может помочь в решении этой проблемы, поскольку благодаря телескопу VRO количество систем, которые мы можем для этого использовать, увеличится с нескольких единиц до сотен. Результаты измерения гравитационных волн с помощью таких инструментов, как LIGO (см. главу 7), также будут нелишними, а в течение следующего десятилетия они могут достичь уровня точности, необходимого для окончательного разрешения данного вопроса.

Что мне особенно нравится в космологии, так это то, что она побуждает применять творческий подход и смотреть на физику Вселенной под разными углами. Речь не идет о бесконтрольных полетах фантазии. Вы не можете просто что-то выдумать. Однако вы можете (и должны) постоянно находить новые способы рассмотрения проблем, чтобы получить как можно больше информации из тех данных, которые предоставляет вам Вселенная.

Творческое мышление особенно важно, когда мы сталкиваемся с вопросами наподобие: «Как можно улучшить модель Лямбда-CDM или Стандартную модель?» Все, что мы пробовали до сих пор, соответствовало предсказаниям; где нам искать подсказки, ведущие к новым моделям, если мы не можем сломать что-нибудь в текущей?

Клиффорд Джонсон настроен оптимистично и считает, что отсутствие четких ориентиров может быть для нас даже полезным: «Я не могу указать на что-то конкретное и заявить: “Вот за этим будущее!” Я просто чувствую, что те многообразные подходы, которые мы были вынуждены применять, сослужили нам хорошую службу».

Итак, мы открываем новые направления исследований. Уже проводятся радиообзоры для изучения темных веков Вселенной – периода между возникновением реликтового излучения и формированием первых звезд. С их помощью ученые надеются отыскать что-нибудь, противоречащее текущей космологической модели. Существуют новые виды детекторов гравитационных волн, которые используют такие методы, как квантовая интерференция между атомами и объединение сигналов от пульсаров. Они могут предоставить нам информацию о поведении черных дыр и физике ранней Вселенной. Эксперименты, направленные на разработку новых способов поиска темной материи, могут подсказать нам, как можно расширить Стандартную модель физики элементарных частиц или изменить наш подход к космологии. Исследуя поляризацию реликтового излучения, мы можем отыскать сигнатуры космической инфляции, которые полностью изменят наше понимание ранней Вселенной. С другой стороны, отсутствие подобных сигналов может побудить исследователей заняться разработкой альтернативных теорий, например моделей отскакивающей Вселенной. Лабораторные эксперименты, направленные на изучение энергии вакуума, могут разрешить проблему темной энергии, если она все-таки не является космологической постоянной. Мы даже можем непосредственно измерить скорость расширения Вселенной, наблюдая за изменением видимой скорости удаленного источника света на протяжении десятков лет.

Педро Феррейра тоже с оптимизмом смотрит на это разнообразие подходов. По его словам, несмотря на то что такой поиск может показаться слишком специализированным и бессистемным, огромное количество людей, по отдельности ломающих головы над новыми идеями, может оказаться именно тем, что нам нужно: «У кого-то из них может внезапно случиться озарение: “О! Вот как можно заглянуть в будущее”».

Другой вопрос, сколько времени займет реализация подобной программы. Если мы пытаемся лишь провести различие между космологической постоянной и какой-либо другой формой темной энергии, у нас есть буквально все время мира и даже еще немного. Ни одна из наших теорий не допускает, что темная энергия может разрушить нашу планету прежде, чем это сделает Солнце.

Распад вакуума – совсем другое дело. Стандартная модель физики элементарных частиц, та самая, которая выдержала все придуманные нами экспериментальные испытания, ставит нас в опасное положение – на грань тотальной нестабильности. Является ли это реальным риском или всего лишь причудливым результатом экстраполяции неполной теории, зависит от того, кого вы спросите. (Я опросила нескольких экспертов и получила ответы в диапазоне от «это говорит о том, что наша теория ошибочна» и «риск очень мал» до «возможно, до сих пор нам просто везло». Понимайте, как хотите.) В любом случае, если мы хотим иметь возможность сказать что-то более обнадеживающее, чем «волноваться бесполезно, потому что вы в любом случае ничего не почувствуете» [82] Ну, спасибо, Хосе Рамон Эспиноза, мадридский теоретик и научный сотрудник ЦЕРН. , нам понадобятся конкретные данные.

К счастью, мы знаем, где их взять.