Приямвада Натараджан - Карта Вселенной [Главные идеи, которые объясняют устройство космоса]

За последние 30 лет фундаментально изменилась и сама наука. Сотрудничество международных коллективов ученых привело к изменению в отношении к открытиям. Мы больше не видим долгой и упорной борьбы старых и новых идей (или хотя бы их медленного слияния и примирения), так как чаще наблюдаем бурный поток новых данных, вызывающих одновременно множество новых теоретических вопросов и ответов на них. Обнаружение темной энергии стало вызовом нашему пониманию глубинных законов природы, а также выявило недостаточное понимание самых ранних процессов возникновения Вселенной. Развитие космологии привело к революции в области обработки больших массивов данных, и эта революция относится ко множеству дисциплин, связанных с интеллектуальной деятельностью. Далее стоит изучение нового рубежа — истинной природы темной энергии, и это привело к формулировке множества новых вопросов беспрецедентного характера, которые возвращают нас к моменту творения.

Эту историю можно начать с описания того, как ранним утром 19 ноября 1989 г., после бессонной ночи, Джон Мазер и члены его команды по изучению реликтового излучения COBE в прозрачном предрассветном сумраке отправились на известную ракетно-космическую базу США Ванденберг в окрестностях города Санта-Барбара (Калифорния). Разглядывая придорожный ландшафт, Мазер размышлял о высоких целях миссии его группы. Он понимал, что успешный запуск разработанного группой спутника COBE может радикально изменить наши представления о строении Вселенной, так как его аппаратура была спроектирована для измерения шипения, которое дошло от Большого взрыва. Речь идет об излучении, оставшемся от того времени, когда Вселенная была горячей, плотной, которое движется к нам от момента возраста Вселенной 400 000 лет: в этом излучении прослеживается история расширения Вселенной. В это утро сам воздух Калифорнии казался наполненным возбуждением, напряжением и предвкушением успеха. Всего несколько часов назад инженеры группы COBE окончательно смонтировали бортовой компьютер ракеты «Дельта» и теперь ожидали момента, когда «Satellite of Love», над которым некоторые из них работали десятилетия, отправится в темное утреннее небо {1} .

Непосредственно перед стартом запущенные в небо метеорологические зонды показали наличие сильного ветра над космодромом. Ванденберг остановил запуск. Члены команды уже начали беспокоиться, опасаясь пропустить временное окно длительностью 35 минут, после которого запуск пришлось бы перенести. После этих минут, показавшихся команде эоном [22], обратный отсчет был возобновлен. Все увидели озарившую небо вспышку огня и медленный завораживающий взлет. Огромная ракета «Дельта» развернулась строго по плану. Через 10 минут после старта произошло отключение первой ступени и включение второй, после чего спутник COBE отделился от ракеты-носителя и вышел на расчетную орбиту, расположенную на высоте 170 км над поверхностью Земли.

Однако члены команды COBE отпраздновали свой успех только через несколько недель, когда смогли окончательно убедиться в том, что вся аппаратура на орбите работает, как ожидалось, в холодном вакууме космоса. Самый первый сет данных, «первый свет», произведен после тщательной проверки и калибровки. Затем данные начали поступать регулярно, и ученых даже удивляло, с какой точностью они соответствуют теоретическим ожиданиям. Прошли месяцы работы, прежде чем после тщательного изучения и анализа команда была готова передавать полученные результаты другим ученым и широкой общественности. Но, когда они это сделали, то представили совершенно новую карту Вселенной, которая соответствовала теории существования холодной темной материи. Таким образом, на составляемой ими карте Вселенной был запечатлен древний свет, дошедший до нас из самых глубин космоса.

Подготовка к миссии спутника COBE потребовала от разработчиков длительной и очень серьезной работы, подобной трудам картографов в глубокой древности. Очень давно, в начале 1519 г., Фердинанд Магеллан предложил королю Испании Карлу I смелый план, в котором пообещал открыть новый коммерческий маршрут в Азию. Помимо желания получить коммерческую прибыль Магеллан руководствовался, конечно, и жаждой приключений и стремлением открыть еще не ведомые никому земли. Преодолев множество препятствий (включая даже попытку саботажа со стороны агентов португальской короны), Магеллан собрал необходимые для путешествия финансовые средства, используя в том числе частные капиталовложения заинтересованных в успехе купцов. 20 сентября 1519 г., подняв паруса, он вывел свою флотилию из Севильи вниз по реке к Санлукар-де-Баррамеда, в открытое море. О чем думал Магеллан, отправляясь в далекий путь? Возможно, его чувства были схожи с теми, которые испытывали члены команды COBE при запуске своего спутника на авиабазе Ванденберг спустя 470 лет. В работе исследователей было много общего. От членов группы COBE также потребовалось терпение и упорство при наборе научного персонала, сборе финансовых средств, проектировании и создании экспериментальной установки, организации запуска спутника и, наконец, при интерпретации передаваемых на Землю данных. Оба путешествия были сопряжены с высоким риском и вдохновлялись человеческими чувствами амбиции и жажды поиска нового. Магеллану удалось совершить кругосветное путешествие, которое заставило всех пересмотреть понимание устройства нашего мира и открыло новую эру, связанную с общемировой торговлей и глобализацией. Магеллан помог создать новую карту Земли. Аналогично члены команды COBE помогли нам пересмотреть наше понимание устройства большого мира, за что члены команды Мазер и Джордж Смут были удостоены в 2007 г. Нобелевской премии по физике {2} .

Сдвиг в нашем восприятии и понимании устройства Вселенной начался фактически раньше, из измерений спутника COBE реликтового излучения [23]. Сама идея существования этого излучения также была предложена раньше, еще в 1940-х гг., но тогда лишь несколько человек смогли оценить ее важность и смысл. Аппаратура, используемая для экспериментальных измерений, также была создана давно, причем для совершенно иных целей. Важнейшей частью оборудования стал радиометр, разработанный для военных радаров во время Второй мировой войны в Радиационной лаборатории MIT. Созданный во время войны военно-промышленный комплекс во многом способствовал активизации множества исследований в фундаментальной науке. По мнению Хелджа Крафа, космология при этом получила особые преимущества {3} . Однако давайте вернемся к обсуждению вопроса о начале буквально всего, то есть к проблеме начала самой Вселенной.