Пол Хэлперн - Коллайдер

Астрономический объект с известной абсолютной светимостью называется стандартной свечой. Когда мы едем ночью на автомобиле и смотрим на придорожные фонари, мы можем прикинуть расстояние до того или иного фонаря по тому, кажется ли он нам ярким или тусклым. Если, конечно, предположить, что все они выдают одну и ту же мощность. Приключись так, что во время ночной прогулки вам в глаза ударила яркая вспышка, вы, скорее всего, решили бы, что ее источник около вас. А про едва различимый свет невольно думаешь, что он где-то далеко. Одним словом, мы часто оцениваем расстояние по видимой яркости источника света. Так и астрономы, приняв какой-нибудь объект, например сверхновую типа 1а, за стандартную свечу, получают в свое распоряжение едва ли не единственный инструмент для измерения больших расстояний.

Научный коллектив Перлмутгера, воплощавший проект SCP («Космология со сверхновыми»), имеет непосредственное отношение к физике элементарных частиц. Начнем с того, что эта программа, как и исследования реликтового излучения на спутнике СОВЕ, принесшие Джорджу Смуту Нобелевскую премию, продолжает традиции лаборатории Лоуренса. Такой широкий взгляд на вещи полностью в духе руководителя «Рэд Лаба», который повсюду искал взаимосвязи и пробовал применять методы одной области науки в другой. Кроме того, один из инициаторов проекта SCP, Джерсон Голдхабер, являющийся, по всеобщему признанию, знатной фигурой в истории Стэнфордской лаборатории линейного ускорителя, возглавлял группу, которая открыла частицу J/ψ. Его старший брат Морис Голдхабер работал в Кавендишской лаборатории во времена Резерфорда и Чэдвика, а потом в течение многих лет занимал пост директора Национальной лаборатории в Брукхейвене. Можно сказать, что космология и физика элементарных частиц - науки о самом большом и самом малом - давно породнились.

Когда стартовала программа SCP, ее участники надеялись, взяв сверхновые за стандартные свечи, убедиться в замедлении Вселенной. Сила тяготения, казалось бы, по самой своей природе стремится задержать разбегание любой системы массивных тел, удаляющихся друг от друга. Проще говоря, подброшенное вверх падает вниз, ну или как минимум замедляется. Космологи поэтому предвидели три возможных пути космической эволюции. В зависимости от соотношения между средней и критической плотностью Вселенной она либо довольно быстро замедляется, и расширение сменяется сжатием, либо замедляется не очень сильно, и точка останова не достигается, либо, при равенстве двух плотностей, пребывает в граничном состоянии и тоже расширяется бесконечно долго.

Все три сценария начинаются с обыкновенного Большого взрыва. Если Вселенная достаточно плотная, она постепенно тормозится, и наконец через миллиарды лет расширение сменяется сжатием. Все сущее, в итоге, перемалывается в Большой мясорубке. Если же плотность ниже критического значения, расширение Вселенной продолжается, замедляясь, бесконечно долго - космос преодолевает дистанцию через силу, как выдохшийся бегун. Хотя разлет галактик становится все более вялым, у них никогда не хватит смелости побежать навстречу друг дружке. Эту альтернативу иногда называют Большим стоном. Третья возможность: средняя плотность в точности равна критической. В этом случае Вселенная тормозится и, того и гляди, вот-вот начнет сжиматься, но этого не происходит. Она, как опытный канатоходец, с легкостью держит равновесие.

Перлмуттер и его сотрудники ожидали увидеть один из этих трех вариантов. Однако наблюдения сверхновых противоречили известным схемам. Из графиков зависимости скорости от расстояния следовало, что расширение совсем не замедляется. Более того, ускоряется. Будто что-то заставило гравитацию перепутать педаль тормоза с газом. Но ни одно из известных веществ в этих происках заподозрить было нельзя. Теоретик Майкл Тернер из Чикагского университета окрестил необычную компоненту темной энергией.

Хотя темная энергия не менее загадочна, чем темная материя, в их свойствах мало общего. Темная материя вызывает такую же силу притяжения, как обычное вещество, а вот темная энергия представляет собой своего рода «антигравитацию», заставляя тела разлетаться с ускорением. Очутись темная материя на вечеринке, она бы стала представлять гостей друг другу и вовлекать во всеобщее веселье. Темной энергии, наоборот, по душе работа в спецназе, подавляющем уличные беспорядки. В самом деле, если бы космос был слишком обильно сдобрен темной энергией, Вселенная встала бы на роковой путь, заканчивающийся Большим разрывом, - ее бы просто-напросто разнесло вдребезги.

В связи с темной энергией физики заговорили о том, чтобы вернуть в общую теорию относительности космологическую постоянную, от которой когда-то отказался Эйнштейн. Хотя слагаемое, описывающее антигравитацию (лямбда-член), разрешает проблему малой кровью, неплохо было бы его обосновать с физической точки зрения. Физики очень неохотно добавляют в стройные теории новые члены, если к этому нет каких-то фундаментальных предпосылок. Другими словами, космологической постоянной надо бы найти место в теории поля. Однако современные теории поля дают немыслимую величину вакуумной энергии. Чтобы из нее получилось реалистичное значение, ее нужно уменьшить почти до нуля (именно что почти, а не точно). Обнаруженное и экспериментально измеренное космическое ускорение задало ученым сложную головоломку.

Более того, если темная энергия остается постоянной во времени и в пространстве, ее влияние никогда не ослабевает. По мере того как гравитация со временем сдает свои позиции темной энергии, Вселенная все ближе к Большому разрыву [28]. Прежде чем смириться со столь мрачным концом, большинство теоретиков предпочитают поразмыслить и придумать что-нибудь получше.

Принстонский теоретик Пол Стейнхардт, а также Роберт Колдуэлл и Рахул Дейв предложили оригинальный способ смоделировать темную энергию. Они ввели новую разновидность материи под названием квинтэссенция. Квинтэссенция - это гипотетическое вещество, которое, вместо того чтобы заставлять тела скучиваться (как обычная материя, служащая источником силы тяготения), расталкивает их (как могучий Самсон колонны филистимлянского храма). Термин для этого вещества взят из античной философии, в которой квинтэссенция («пятая сущность») продолжала ряд четырех элементов Эмпедокла. Разница между космологической постоянной и квинтэссенцией состоит в следующем: в то время как первая стоит на месте как вкопанная, вторая подобна податливому пластилину - может меняться от места к месту и от эпохи к эпохе.

Наблюдения реликтового излучения на спутнике WMAP свидетельствуют в пользу того, что космос заполнен смесью темной энергии, темной материи и видимого вещества (именно в таком порядке). Но снимки с зонда пока, однако, молчат о том, из каких ингредиентов приготовлен двойной темный коктейль.