Терри Пратчетт - Наука Плоского мира. Книга 4. День Страшного Суда

С появлением компьютеров выяснилось, что у уравнений поля имеется несметное, почти бесконечное множество решений, зависящих от выбора начальных условий, причём большая их часть не имеет никакого отношения к сферической симметрии. Космос может расширяться в одних областях, сжиматься в других или вовсе закручиваться в спираль. Он может менять своё поведение. Поэтому хотя расширяющаяся Вселенная и является одним из возможных решений уравнений поля, она не более достоверна, чем вероятность завтрашнего дождя, выведенная из погодных уравнений.

До самого последнего времени космологи почивали на лаврах. Теория Большого взрыва подтверждалась наблюдениями. Так, например, оправдались её положения о том, что микроволновое излучение должно иметь температуру около 3 К (3 градуса по абсолютной шкале Кельвина, или -270 °C). Очко в пользу Большого взрыва, так сказать.

Однако по мере получения дальнейших результатов начали нарастать неувязки. Во Вселенной имеется множество крупномасштабных структур: нескончаемые рои галактик, кружащих вокруг ещё более нескончаемого пустого пространства, словно пузырьки пены в пивном стакане, где их поверхность – это галактики, а воздух внутри них – пустое пространство. Если прокрутить время Вселенной вспять, то, согласно принятым сейчас теориям, она возникла примерно 13,5 миллиарда лет назад. С одной стороны, этого недостаточно, чтобы объяснить нынешний объём материи, а кроме того, слишком мало для понимания плоскостности пространства.

Следующая проблема – это наблюдаемая кривая вращения галактик. Галактики вращаются не так, как это делают твёрдые предметы. Звёзды, находящиеся на различном удалении от центра, движутся с разными скоростями: у ядра – медленнее, на периферии – быстрее. Тем не менее звёзды, расположенные вне пределов ядерной выпуклости, имеют более-менее одинаковую скорость. Для теоретиков это настоящая головоломка, поскольку согласно и ньютоновской, и эйнштейновской гравитации всё должно быть наоборот. Почти все галактики ведут себя подобным неожиданным образом, что подтверждается многочисленными наблюдениями.

Третья проблема возникла в 1998 году, когда обнаружилось, что расширение Вселенной ускоряется. Это как раз соответствует положительной (ненулевой) космологической постоянной. Открытие, получившее Нобелесвкую премию по физике в 2011 году, было сделано исследовательской группой High-z Supernova в результате наблюдений за красным смещением в сверхновых типа la.

С этими проблемами космологи в основном справляются путём «прикручивания» трёх дополнительных предположений. Во-первых, это «инфляция», в ходе которой Универсум увеличился до грандиозных размеров за чрезвычайно короткое время. Цифры просто поражают воображение: в промежуток от 10 -36до 10 -32секунд после Большого взрыва объём Вселенной вырос по крайней мере в 10 78раз. Причиной такого быстрого роста, куда более впечатляющего, чем хлипенький Большой взрыв, стало, как мы уже сказали, инфлатонное поле. (Не «инфляционное», обратите внимание, а «инфлатонное». Инфлатон – это… ну, в общем, такое квантовое поле, вызывающее инфляцию.) Причём данные многих наблюдений прекрасно вписываются в эту теорию. Загвоздка лишь в том, что нет никаких доказательств существования инфлатонного поля.

Для разрешения проблемы кривой вращения галактик космологи предложили так называемую тёмную материю. Это форма материи, которую нельзя наблюдать по испускаемому излучению, потому что она его не испускает вообще или же испускает слишком мало, чтобы мы могли его «засечь». В общем-то, идея, что большую часть материи, существующей во Вселенной, мы наблюдать не можем, выглядит вполне логично. Однако наводит на мысль, что тёмная материя, чем бы она ни являлась, состоит не из известных нам фундаментальных частиц. Эта какая-то чуждая землянам форма материи, взаимодействующая со всем остальным Универсумом посредством гравитации. Никаких таких частиц никогда не наблюдалось, хотя имеются несколько конкурирующих гипотез насчёт их природы. Главным кандидатом на роль подобных частиц являются вимпы – слабо взаимодействующие массивные частицы. Но, несмотря на массу теоретических спекуляций, истинная природа тёмной материи пока ещё никому не далась.

Итак, ускорение расширения Вселенной относят именно на счёт «тёмной материи», остающейся не более чем названием для «штуковины, увеличивающей скорость расширения Вселенной». Справедливости ради заметим, к названию прилагается подробное описание свойств этой материи и разнообразные догадки о её возможной сути. В основе одного из таких предположений лежит именно космологическая постоянная Эйнштейна.

До недавнего времени описанная троица «богов из машины» успешно устраняла расхождения между наивной теорией Большого взрыва и всё усложняющимися результатами наблюдений. Невзирая на то, что все три предположения взяты с потолка и не имеют независимого экспериментального подтверждения (кроме разве что фактов, для объяснения которых они, собственно, и были выдуманы), их введение в физику прагматично оправдывалось тем, что они, мол, работают, тогда как всё остальное – нет. Однако сейчас растёт понимание того, что первое из этих предположений расползается по швам, чего, увы, нельзя сказать о втором. Всё возрастающее число космологов подозревают, что три «бога из машины» – это по крайней мере на два больше, чем требуется.

Стало ясно, что если инфлатонное поле и существует, его нельзя «включить» разок для нашего удобства и «выключить», когда надобность в нём отпадает, как делается в традиционных объяснениях структуры Вселенной. Напротив, инфлатонное поле может действовать многократно, в любом месте пространства и в любое время. Это ведёт к модели, получившей название «хаотическая инфляция». Согласно последней наша область Вселенной – это не более чем один раздувшийся «пузырь» в ванне, полной космической пены. Новый виток инфляции может начаться нынче же вечером прямо в вашей гостиной, моментально надув телевизор и кота с коэффициентом 10 78.

Другая проблема в том, что почти все модели инфляционных вселенных не совпадают с наблюдаемой реальностью, а если начать сужать исходные данные, подгоняя их под реальность, то с тем же успехом можно взять за основу и неинфляционную модель. Роджер Пенроуз считает, что подходящие исходные условия, не требующие инфляции, превосходят инфляционные в гуголплекс раз: 10 10, возведённое в сотую степень. То есть объяснения, не связанные с инфляцией, пусть и требуют крайне маловероятных начальных условий, бьют инфляционные количеством.

На протяжении всего времени существования стандартной теории находились вольнодумцы, пытавшиеся найти ей альтернативу. Теперь даже её приверженцам ясно, что кое-что надо бы переосмыслить. Недостатка в идеях, как всегда, нет. В некоторых моделях Большого взрыва нет; вместо него предлагается возрождение статичной Вселенной с распределёнными соответствующим образом агломератами материи, способной существовать сотни миллиардов лет, а может быть, даже вечно. Красное смещение, в таком случае, вызывается не расширением, а гравитацией. Необходимость в тёмной материи для объяснения кривой вращения галактик также отпадает, её вполне заменяет релятивистское инерциальное увлечение, при котором вращающаяся материя увлекает за собой и пространство.