Коллектив авторов - Космос. От Солнца до границ неизвестного

Физика элементарных частиц объясняет наличие собственной энергии у пустого пространства так: в пузырящемся, непредсказуемом квантовом вакууме все время появляются и исчезают виртуальные частицы. Проблема заключается в том, что, согласно теории, эти частицы должны иметь слишком высокую плотность энергии – 10 120 джоулей на кубический километр.

Это катастрофическое несоответствие побудило физиков-теоретиков создать целый сонм альтернативных теорий. Например, предлагали такой вариант: темная энергия может быть своего рода эфиром – особой сущностью, наполняющей космическое пространство. Эта гипотетическая среда сродни энергетическому полю, пронизывающему все пространство; она может меняться со временем и, возможно, даже сгущаться в отдельных местах. Другая гипотеза: темная энергия – это модифицированная форма гравитации, которая на больших расстояниях начинает отталкивать, а не притягивать объекты. Есть множество совсем заумных предположений, например, что наличие темной энергии указывает на потерю квантовой информации или на присутствие радиоволн с длинами в триллионы раз больше, чем наблюдаемая Вселенная.

Очень интересно было бы выяснить, меняется ли темная энергия со временем. Если да, то, по крайней мере, космологическую постоянную можно вывести за скобки. В большинстве моделей, которые трактуют темную энергию как своеобразный эфир, энергия медленно рассеивается по мере расширения пространства, хотя есть и такие модели, где она усиливается и «подкачивается» за счет расширения Вселенной. В большинстве модифицированных теорий гравитации плотность темной энергии также меняется. Она может даже возрастать на некоторое время, а потом пойти на убыль, или наоборот.

Судьба Вселенной висит на волоске. Если темная энергия останется постоянной, преобладающая часть космического пространства продолжит разлетаться во все стороны, и мы останемся в маленькой островной Вселенной, навсегда отрезанной от остального космоса. Если же темная энергия усиливается, то в конце концов она разорвет всю материю в клочья или даже сделает ткань пространства неустойчивой здесь и сейчас. Наиболее точная к настоящему времени оценка основана главным образом на наблюдениях сверхновых и говорит о том, что плотность темной энергии довольно постоянна. Есть предположение, что она немного увеличивается, но неопределенность этих оценок слишком велика, и беспокоиться об этом увеличении пока нет повода.

В настоящее время астрономы прилагают огромные усилия, чтобы более точно установить поведение темной энергии. Существует ряд проектов, например, Dark Energy Survey («Исследование темной энергии»), посвященных поиску красноречивых свидетельств существования темной энергии в широких сегментах на небе. В рамках этих проектов наблюдают много новых сверхновых, определяют положения миллионов галактик, чтобы выявить звуковые волны, оставшихся от Большого взрыва, и подсчитывают количества скоплений галактик, образовавшихся на разных этапах развития космоса – на все эти процессы различными путями влияет темная энергия.

Еще более впечатляющая охота за темной энергией стартует через несколько лет – как с помощью специальных космических миссий вроде космического телескопа «Евклид», так и посредством гигантских наземных телескопов нового поколения: Большого синоптического обзорного телескопа ( Large Synoptic Survey Telescope ), Тридцатиметрового телескопа ( Thirty Meter Telescope ), Европейского чрезвычайно большого телескопа ( European Extremely Large Telescope ) и Гигантского Магелланова телескопа ( Giant Magellan Telescope ).

Мало кто рассчитывает, что охота за темной материей увенчается успехом в ближайшем будущем. Ученые строят догадки о сущности темной материи вот уже двадцать лет, и пока безрезультатно. Но с другой стороны, у нас есть ключ к той двери, за которой могут лежать ключи к разгадке.

Рис. 10.1. Научные данные указывают на то, что некий фактор ускоряет расширение Вселенной.

Адам Рисс с Солом Перлмуттером и Брайаном Шмидтом получили в 2011 году Нобелевскую премию по физике за открытие ускоренного расширения Вселенной. В настоящее время Рисс работает в университете Джона Хопкинса и в Институте исследований космоса с помощью космического телескопа (г. Балтимор, штат Мэриленд, США). Корреспондент журнала New Scientist взял у Рисса интервью в 2011 году, после вручения ему Нобелевской премии.

– Наши поздравления! Где вы находились, когда получили известие об этой новости?

– Спасибо. Я был дома. Это случилось в 5:30 утра. Я пытался уснуть. Моему сыну 10 месяцев, и он плохо спит по ночам. Когда прозвенел звонок, я надеялся, что он заснет и мне наконец удастся поспать. Настоящее светопреставление!

– Что именно открыли вы с Перлмуттером и Шмидтом?

– Независимо друг от друга мы наблюдали близкие и далекие сверхновые, чтобы оценить скорость расширения Вселенной в различные моменты ее эволюции. Нам удалось установить, что расширение Вселенной, вопреки ожиданиям, не замедляется, а ускоряется.

– Вы работали в Калифорнийском университете в Беркли в это время. Перлмуттер со своей группой также находился в Беркли. Была ли между вами конкуренция?

– Да, было состязание между нашими группами. Мы оба знали, что собираем данные об одинаковых объектах и что научные поиски такого рода никто еще не проводил. Никто из нас не хотел быть вторым или, тем более, оказаться на задворках исследования. Время от времени я встречался с этими ребятами. Мы даже немного общались. Сол был настолько любезен, что договорился, чтобы мне выделили парковочное место в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли [где он до сих пор и работает]. Чтобы добраться до работы, я обычно спускался с холма на территорию кампуса [Калифорнийского университета] в Беркли.

– У Эйнштейна была идея, что пространство-время имеет внутреннюю плотность энергии, которая не меняется со временем. Он назвал эту величину космологической постоянной, но позднее отрекся от нее и назвал ее своей «самой большой ошибкой». Ваша работа подтверждает или опровергает эту идею?

– Она знаменует собой впечатляющий успех Общей теории относительности Эйнштейна. С тех пор, как Эйнштейн выдвинул свою теорию, прошло несколько десятков лет. За это время мы обнаружили во Вселенной очень много экзотических явлений, и все они соответствуют его теории. Многие были даже предсказаны с ее помощью.