Коллектив авторов - Происхождение Вселенной. Как с помощью теории относительности Эйнштейна можно проникнуть в прошлое, понять настоящее и предвидеть будущее Вселенной [litres]

Проект «Обзор темной энергии» ( Dark Energy Survey ) нацелен на обнаружение сигналов присутствия темной энергии на широких просторах неба. Он осуществляется с помощью 4-метрового телескопа им. Виктора Бланко, расположенного в межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили. На нем установлена специально спроектированная чувствительная инфракрасная камера.

Эти наблюдения могут зарегистрировать много новых сверхновых. Видимая яркость каждого взрыва звезды говорит нам о том, как давно он произошел. За то время, пока свет путешествовал в нашем направлении, длина его волны увеличилась, или «покраснела», за счет расширения пространства. Если сопоставить все данные, то можно изобразить, как происходило расширение со временем.

Этот обзор позволит нам составить изощренную карту неба, на которой будут отмечены положения нескольких сотен миллионов галактик и указаны их расстояния до нас. Эхо от звуковых волн, пронесшихся по младенческому космосу, определило характерные размеры обширных сверхскоплений галактик. Измеряя видимый размер сверхскоплений, мы можем по-новому взглянуть на историю расширения Вселенной (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Тайна темной энергии: многочисленные данные указывают на то, что нечто противостоит притяжению гравитации и ускоряет расширение Вселенной

С помощью этой карты можно будет также выявить влияние темной энергии на меньших масштабах. Темная энергия препятствует объединению галактик в скопления. Ученые, принимающие участие в обзоре, произведут прямой подсчет скоплений и с помощью эффекта гравитационного линзирования оценят роль скрытой массы. Дело в том, что массивные скопления играют роль своеобразной гравитационной линзы, отклоняя проходящий через них свет, испущенный более далекими космическими объектами (см. также главу 2). Распределение массы в скоплениях может помочь выявить измененные формы гравитации, поскольку является своеобразным космическим зондом на промежуточных расстояниях, на которых гравитация может начинать менять свою природу. Все эти измерения должны дать нам представление о том, как темная энергия меняется со временем.

Лидером среди охотников за темной материей является уже упоминавшийся выше проект «Обзор темной энергии». Большой обзорный телескоп ( The Large Synoptic Survey Telescope ), который будет построен в Чили с участием США, нацелится своим огромным глазом на небо в 2021 году. Другие мега-проекты, такие как европейский Чрезвычайно большой телескоп ( Extremely Large Telescope ) в Чили, должны вступить в действие примерно в это же время вместе с крупнейшим в мире радиоинтерферометром SKA ( Square Kilometre Array – « антенна с площадью в квадратный километр»). Антенны будут размещены в Австралии и Южной Африке и представлять собой огромный космический радиотелескоп для исследования структуры космоса по радиосвечению водородных облаков. В 2020 году Европейское космическое агентство планирует запустить в космос для поисков темной материи телескоп «Евклид», который будет искать эффекты гравитационного линзирования и объединения галактик в скопления, происходившие на еще более ранних этапах жизни Вселенной. Широкодиапазонный инфракрасный телескоп ( Wide Field Infrared Survey Telescope ) НАСА стартует несколькими годами позже.

Эта погоня в пространстве обещает быть весьма захватывающей, но цель и дальше может ускользать от нас. Если мы обнаружим, что плотность темной энергии остается с течением времени почти постоянной, это, возможно, поддержит идею космологической постоянной, но не исключит вероятность существования некоторых полей квинтэссенции с почти постоянной плотностью. Поэтому некоторые физики и расставляют на Земле ловушки для темной энергии. Если вы вводите новое поле или новые частицы для того, чтобы объяснить темную энергию, то они неизбежно будут переносчиками взаимодействия нового типа в дополнение к тем, которые мы знаем, – гравитации, электромагнетизму и ядерным силам. Но мы не видим, чтобы эта новая сила как-то сказывалась на движении планет в нашей Солнечной системе. Многие теоретики избавляются от этой сложности просто: они вводят экранирующий механизм, который ослабляет пятую силу в сравнительно плотной среде, какой являются окрестности Солнечной системы.

Клэр Барридж из Ноттингемского университета (Великобритания) пришла к выводу, что мы можем заняться поисками этого эффекта в лаборатории. Она и ее соавторы намереваются использовать облако холодных атомов, называемое конденсатом Бозе-Эйнштейна, в котором все атомы колеблются согласованно, формируя одну коллективную квантовую волну. Некоторые формы темной энергии должны слегка понижать частоту этого колебания. Ученые планируют разделить конденсат на две части и поместить плотный объект возле одной из них. Если этот объект будет экранировать темную энергию, то колебания в двух частях конденсата потеряют синхронность, и когда две половинки конденсата вновь соединятся, возникнет явление интерференции. Группа ученых под руководством Пола Гамильтона провела похожий эксперимент в Калифорнийском университете в Беркли, но пока не обнаружила свидетельств экранирования темной энергии.

В Вашингтонском университете в Сиэтле группа Йот-Вош ( Eöt-Wash ) провела эксперимент с торсионным маятником для изучения других форм космического отталкивания. Согласно одной из теорий дополнительные измерения пространства размером менее одного миллиметра могут содержать в себе темную материю, что увеличивает силы гравитации на этих масштабах. Некий тип экранируемой квинтэссенции, названный симметроном, будет порождать дополнительную силу на таких же малых масштабах. Этот крошечный эффект может быть выявлен по едва заметным качаниям маятника Йот-Вош.

Между тем в 2016 году Майкл Ромалис из Принстонского университета и Роберт Колдуэлл из Дартмутского колледжа в Ганновере (штат Нью-Гэмпшир, США) предположили, что если обычные фотоны или электроны могут ощущать, хотя бы и очень слабо, темную энергию, тогда магнитное поле на Земле должно генерировать крошечный электростатический заряд. В принципе этот эффект нетрудно обнаружить при условии, что любой прибор, предназначенный для этой цели, будет обладать высокой точностью.

Мало кто считает, что охота за темной энергией близится к концу. После двух десятилетий упорных попыток выхода из тупика у нас до сих пор нет ключа к решению этой загадки. Но будем оптимистами – по крайней мере у нас есть ключи от тех мест, где этот ключ может лежать.