Новый взгляд на Второй закон Ньютона поможет объяснить загадки тёмной материи

Статус тёмной материи и энергии как невидимых и самых таинственных составляющих нашей Вселенной интригует учёных уже достаточно длительное время. Различные группы учёных пытаются найти ответы используя для этого все доступные им методы, кто-то изучает глубины Вселенной, кто-то собирается ломать основы физики, используя ускорители частиц, а учёные из Бразилии собираются доказать существование тёмной материи, проведя эксперимент, в ходе которого будут проверены постулаты дополненной Ньютоновской динамики (modified Newtonian dynamics, MOND), в частности, измененного Второго закона Ньютона.

Гипотеза о существовании тёмной материи базируется на утверждении, что Второй закон Ньютона сохраняется неизменным при движении на всех физических уровнях. Но, ещё в 1981 году, израильский физик Мордехай Милгром (Mordehai Milgrom) выдвинул гипотезу о том, что Второй закон Ньютона может немного претерпеть изменения при движении тел с чрезвычайно малым ускорением. Это предположение, имеющее отношение к дополненной Ньютоновской динамике, может помочь учёным-астрофизикам объяснить отклонения от законов динамики, наблюдаемое в движении галактик и звёздных скоплений, без необходимости обращаться к факту существования тёмной материи.

Команда учёных Федерального университета Итажуба (Federal University of Itajuba), Бразилия, под руководством Виторио Де Лоренси (Vitorio De Lorenci), разработали эксперимент в ходе которого будет выполнена непосредственная проверка постулатов дополненной Ньютоновской динамики. Они предположили, что в некоторых точках, расположенных на поверхности диска, ориентированного в пространстве должным образом и вращающегося с заданным ускорением под управлением прецизионной системы управления, силы, вызванные ускорением вращения, будут отсутствовать, уравновесившись силами вращения Земли вокруг орбиты, Земли вокруг Солнца и Солнца вокруг центра галактики.

Это явление уравновешивания можно измерить с помощью специального и точного измерительного прибора, размещенного на поверхности диска. Если Второй закон Ньютона соблюдается в обычных, неизменных рамках, то прибор не должен будет зарегистрировать в точке измерения воздействия каких-либо дополнительных сил. Но, если верными являются утверждения дополненной Ньютоновской динамики, устройство зарегистрирует наличие дополнительных воздействий.

Несмотря на сомнительную объективность этого эксперимента, его проведение всё-таки позволит учёным немного узнать о том, действуют ли законы динамики при малых ускорениях движения. Этот вращающийся диск позволит проверить и подтвердить или опровергнуть только одну сторону дополненной Ньютоновской динамики, которая только косвенно учитывает влияние гравитационных сил. Эксперимент, полностью подтверждающий постулаты MOND, будет возможен только в глубоком космосе, вдалеке от космических объектов, излучающих гравитационное поле.

У Млечного Пути обнаружился сосед-невидимка

Астрономы из Калифорнийского университета в Беркли обнаружили косвенные доказательства того, что у Млечного Пути имеется сосед достаточно значительной массы. Ответить на вопрос, где искать эту скрытую галактику, ученые пока не могут. Свои результаты они представили в статье, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а их краткое изложение приводит журнал New Scientist.

В рамках работы астрофизиков интересовало распределение газа на границе Млечного Пути. Проведя серию компьютерных симуляций галактической эволюции, ученые выяснили, что подобное распределение лучшим образом объясняется наличием у нашей Галактики неизвестного соседа.

Расчеты исследователей показывают, что масса этого соседа может достигать одного процента от массы Млечного Пути (то есть около 10 миллиардов солнечных). Это означает, что он сравним с Большим Магеллановым Облаком — карликовой галактикой, которая «сопровождает» Млечный Путь. По словам исследователей, новый сосед располагается на расстоянии около 300 миллионов световых лет от нашей галактики.

Работа ученых была воспринята специалистами положительно. Главным ее недостатком, однако, называется тот факт, что сосед до сих пор не был открыт. Авторы статьи предлагают несколько вариантов объяснения данного парадокса. Во-первых, соседа может скрывать от наблюдателя на Земле сам Млечный Путь. Например, если новая галактика располагаются в галактической плоскости, но с другой по отношению к нашей планете стороны от центра Пути.

Во-вторых, даже если галактика и не скрыта от земного наблюдателя, существует вероятность, что она достаточно тусклая. В ней может быть мало газа, пыли и молодых звезд. В результате этот объект до сих пор остается незамеченным.

Альтернативная космология

Взрывы звёзд, порождающие гамма-всплески — новые маяки Вселенной. Их излучение доходит с таких расстояний, где пока не видны никакие другие объекты

Вначале Вселенная была расширяющимся сгустком пустоты. Его распад привёл к Большому взрыву, в огнедышащей плазме которого ковались первые химические элементы. Потом гравитация миллионы лет сжимала остывающие газовые облака. И вот зажглись первые звёзды, высветив грандиозную Вселенную с триллионами бледных галактик… Эта картина мира, поддержанная величайшими астрономическими открытиями XX века, стоит на солидном теоретическом фундаменте. Но есть специалисты, которым она не по душе. Они упорно ищут в ней слабые места, надеясь, что на смену нынешней придёт иная космология.

В начале 1920-х годов петербургский учёный Александр Фридман, предположив для простоты, что вещество однородно заполняет всё пространство, нашёл решение уравнений общей теории относительности (ОТО), описывающих нестационарную расширяющуюся Вселенную. Даже Эйнштейн не воспринял это открытие всерьёз, считая, что Вселенная должна быть вечной и неизменной. Чтобы описать такую Вселенную, он даже ввёл в уравнения ОТО особый «антигравитационный» лямбда-член. Фридман вскоре умер от брюшного тифа, и его решение было забыто. Например, Эдвин Хаббл, работавший на крупнейшем в мире 100-дюймовом телескопе обсерватории Маунт-Вильсон, ничего не слышал об этих идеях.

К 1929 году Хаббл измерил расстояния до нескольких десятков галактик и, сопоставив их с ранее полученными спектрами, неожиданно обнаружил, что чем дальше находится галактика, тем сильнее смещены в красную сторону её спектральные линии. Проще всего было объяснить красное смещение эффектом Доплера. Но тогда получалось, что все галактики быстро удаляются от нас. Это было так странно, что астроном Фриц Цвикки выдвинул весьма смелую гипотезу «усталого света», согласно которой это не галактики удаляются от нас, а кванты света в ходе долгого путешествия испытывают некое сопротивление своему движению, постепенно теряют энергию и краснеют. Потом, конечно, вспомнили идею расширения пространства, и оказалось, что в эту странную забытую теорию хорошо укладываются не менее странные новые наблюдения. На руку модели Фридмана было и то, что происхождение красного смещения в ней выглядит очень похожим на обычный эффект Доплера: даже сегодня не все астрономы понимают, что «разбегание» галактик в пространстве совсем не то же самое, что расширение самого пространства с «вмороженными» в него галактиками.

Гипотеза «усталого света» тихо сошла со сцены к концу 1930-х годов, когда физики отметили, что фотон теряет энергию, лишь взаимодействуя с другими частицами, и при этом обязательно хоть немного меняется направление его движения. Так что изображения далёких галактик в модели «усталого света» должны расплываться, как в тумане, а они видны вполне чётко. В итоге ещё недавно альтернативная общепринятым представлениям фридмановская модель Вселенной завоевала всеобщее внимание. (Впрочем, сам Хаббл до конца жизни, в 1953 году, допускал, что расширение пространства может быть лишь кажущимся эффектом.)

Дважды альтернативный стандарт

Но раз Вселенная расширяется, значит раньше она была плотнее. Мысленно обращая вспять её эволюцию, ученик Фридмана физик-ядерщик Георгий Гамов сделал вывод, что ранняя Вселенная была столь горячей, что в ней шли реакции термоядерного синтеза. Гамов попытался объяснить ими наблюдаемую распространенность химических элементов, но «сварить» в первичном котле ему удалось лишь несколько видов лёгких ядер. Получалось, что, помимо водорода, в мире должно быть 23—25% гелия, сотая доля процента дейтерия и миллиардная доля лития. Теорию синтеза более тяжёлых элементов в звёздах позднее разработал со своими коллегами конкурент Гамова — астрофизик Фред Хойл.

В 1948 году Гамов также предсказал, что от раскалённой Вселенной должен сохраниться наблюдаемый след — остывшее микроволновое излучение с температурой несколько градусов Кельвина, идущее со всех сторон на небе. Увы, предсказание Гамова повторило судьбу модели Фридмана: его излучение никто не спешил искать. Теория горячей Вселенной казалась слишком экстравагантной, чтобы ставить для её проверки дорогостоящие эксперименты. К тому же в ней усматривали параллели с божественным творением, от которого многие учёные дистанцировались. Кончилось тем, что Гамов забросил космологию и переключился на зарождавшуюся в то время генетику.

Популярность же в 1950-х годах завоевала новая версия теории стационарной Вселенной, разработанная всё тем же Фредом Хойлом совместно с астрофизиком Томасом Голдом и математиком Германом Бонди. Под давлением открытия Хаббла они признали расширение Вселенной, но не её эволюцию. По их теории, расширение пространства сопровождается спонтанным рождением атомов водорода, так что средняя плотность Вселенной остаётся неизменной. Это, конечно, нарушение закона сохранения энергии, но крайне незначительное — не больше одного атома водорода в миллиард лет на кубометр пространства. Хойл назвал свою модель «теорией непрерывного творения» и ввёл специальное C-поле (от англ. creation — творение) с отрицательным давлением, которое заставляло Вселенную раздуваться, поддерживая при этом постоянную плотность материи. Образование же всех элементов, в том числе лёгких, Хойл в пику Гамову объяснял термоядерными процессами в звёздах.

Предсказанный Гамовым космический микроволновый фон случайно заметили почти 20 лет спустя. Его первооткрыватели получили Нобелевскую премию, а горячая Вселенная Фридмана — Гамова быстро вытеснила конкурирующие гипотезы. Хойл, правда, не сдавался и, защищая свою теорию, утверждал, что микроволновый фон порожден далёкими звёздами, свет которых рассеивается и переизлучается космической пылью. Но тогда свечение неба должно быть пятнистым, а оно почти идеально однородно. Постепенно накапливались и данные по химическому составу звёзд и космических облаков, которые тоже согласовывались с гамовской моделью первичного нуклеосинтеза.

Так дважды альтернативная теория Большого взрыва стала общепринятой, или, как модно нынче говорить, превратилась в научный мейнстрим. И вот уже школьников учат, что Хаббл открыл взрыв Вселенной (а не зависимость красного смещения от расстояния), и космическое микроволновое излучение с лёгкой руки советского астрофизика Иосифа Самуиловича Шкловского становится реликтовым. Модель горячей Вселенной «прошивается» в сознании людей буквально на уровне языка.

Четыре причины красного смещения

Какую из них выбрать для объяснения закона хаббла — зависимости красного смещение от расстояния?      Не проверено в лаборатории
Изменение частоты(Проверено в лаборатории)
1. Эффект Доплера
Возникает, когда источник излучения удаляется. Его световые волны поступают в наш приёмник чуть реже, чем испускаются источником. Эффект широко применяется в астрономии для измерения скоростей движения объектов вдоль луча зрения.

Изменение частоты(Не проверено в лаборатории)
3. Расширение пространства
Согласно общей теории относительности, свойства самого пространства могут меняться во времени. Если в результате этого расстояние между источником и приёмником увеличивается, то световые волны растягиваются так же, как в эффекте Доплера.

Изменение энергии(Проверено в лаборатории)
2. Гравитационное красное смещение
Когда квант света выбирается из гравитационного колодца, он расходует энергию на преодоление сил тяготения. Уменьшение энергии соответствует уменьшению частоты излучения и его сдвигу в красную сторону спектра.

Изменение энергии(Не проверено в лаборатории)
4. Усталость света
Возможно, движение светового кванта в пространстве сопровождается своего рода «трением», то есть потерей энергии пропорционально пройденному пути. Это была одна из первых гипотез, выдвинутых для объяснения космологического красного смещения.

Подкоп под основания

Но природа человека такова, что стоит только в обществе укрепиться очередной бесспорной идее, как сразу находятся желающие поспорить. Критику стандартной космологии можно условно разделить на концептуальную, указывающую на несовершенство её теоретических основ, и астрономическую, приводящую конкретные трудные для объяснения факты и наблюдения.

Главная мишень концептуальных атак — конечно, общая теория относительности (ОТО). Эйнштейн дал удивительно красивое описание гравитации, отождествив её с кривизной пространства-времени. Однако из ОТО следует существование чёрных дыр, странных объектов, в центре которых материя сжата в точку бесконечной плотности. В физике появление бесконечности всегда указывает на границы применимости теории. При сверхвысоких плотностях ОТО должна быть заменена квантовой гравитацией. Но все попытки ввести в ОТО принципы квантовой физики провалились, что заставляет физиков искать альтернативные теории гравитации. Десятки их были построены в XX веке. Большинство не выдержали экспериментальной проверки. Но несколько теорий пока держатся. Среди них, например, полевая теория гравитации академика Логунова, в которой нет искривлённого пространства, не возникает сингулярностей, а значит, нет ни чёрных дыр, ни Большого взрыва. Везде, где можно экспериментально проверить предсказания таких альтернативных теорий гравитации, они совпадали с предсказаниями ОТО, и лишь в экстремальных случаях — при сверхвысоких плотностях или на очень больших космологических расстояниях — их выводы различаются. А значит, иными должны быть строение и эволюция Вселенной.

Новая космография

Когда-то Иоганн Кеплер, пытаясь теоретически объяснить соотношения радиусов планетных орбит, вкладывал друг в друга правильные многогранники. Описанные и вписанные в них сферы казались ему самым прямым путём к разгадке устройства мироздания — «Космографической тайны», как назвал он свою книгу. Позднее, опираясь на наблюдения Тихо Браге, он отбросил древнюю идею небесного совершенства окружностей и сфер, сделав вывод, что планеты движутся по эллипсам.

Многие современные астрономы тоже скептически относятся к умозрительным построениям теоретиков и предпочитают черпать вдохновение, глядя в небо. А там видно, что наша Галактика, Млечный Путь, входит в состав небольшого скопления, называемого Местной группой галактик, которое притягивается к центру огромного облака галактик в созвездии Девы, известного как Местное сверхскопление. Ещё в 1958 году астроном Джордж Абель опубликовал каталог 2712 скоплений галактик северного неба, которые, в свою очередь, группируются в сверхскопления.

Согласитесь, непохоже на однородно заполненную веществом Вселенную. Но без однородности в модели Фридмана не получить режим расширения, согласующийся с законом Хаббла. И поразительную гладкость микроволнового фона тоже не объяснить. Поэтому во имя красоты теории однородность Вселенной была объявлена Космологическим принципом, и от наблюдателей ждали его подтверждения. Конечно, на небольших по космологическим меркам расстояниях — в сотню размеров Млечного Пути — доминирует притяжение между галактиками: они движутся по орбитам, сталкиваются и сливаются. Но, начиная с определённого масштаба расстояний, Вселенная просто обязана стать однородной.

В 1970-х годах наблюдения ещё не позволяли с уверенностью сказать, существуют ли структуры размером больше пары десятков мегапарсек, и слова «крупномасштабная однородность Вселенной» звучали как охранительная мантра фридмановской космологии. Но уже к началу 1990-х ситуация кардинально изменилась. На границе созвездий Рыб и Кита открыли комплекс сверхскоплений размером около 50 мегапарсек, в который входит Местное сверхскопление. В созвездии Гидры обнаружили сначала Великий Аттрактор размером 60 мегапарсек, а потом позади него огромное сверхскопление Шепли втрое большего размера. И это не единичные объекты. Тогда же астрономы описали Великую Стену — комплекс протяженностью 150 мегапарсек, и список продолжает пополняться.

К концу века производство 3D-карт Вселенной поставили на поток. За одну экспозицию на телескопе получают спектры сотен галактик. Для этого робот-манипулятор по известным координатам расставляет в фокальной плоскости широкоугольной камеры Шмидта сотни оптических волокон, передающих свет каждой отдельной галактики в спектрографическую лабораторию. В самом большом на сегодня обзоре SDSS уже определены спектры и красные смещения миллиона галактик. А самой крупной известной структурой во Вселенной остаётся пока Великая Стена Слоуна, открытая в 2003 году по данным предыдущего обзора CfA-II. Её протяжённость составляет 500 мегапарсек — это 12% расстояния до горизонта фридмановской Вселенной.

Наряду с концентрациями материи открыто также много пустынных областей пространства — войдов, где нет ни галактик, ни даже загадочной тёмной материи. Многие из них превосходят по размерам 100 мегапарсек, а в 2007 году американская Национальная радиоастрономическая обсерватория сообщила об открытии Великого Войда поперечником около 300 мегапарсек.

Само существование таких грандиозных структур бросает вызов стандартной космологии, в которой неоднородности развиваются за счёт гравитационного скучивания вещества из ничтожных флуктуаций плотности, оставшихся после Большого взрыва. При наблюдаемых собственных скоростях движения галактик им за всё время жизни Вселенной не пройти больше десятка-другого мегапарсек. И как же тогда объяснить концентрацию вещества размером в сотни мегапарсек?

Тёмные сущности

Строго говоря, модель Фридмана «в чистом виде» не объясняет формирования даже небольших структур — галактик и скоплений, если не добавить к ней одну особую ненаблюдаемую сущность, придуманную в 1933 году Фрицем Цвикки. Изучая скопление в созвездии Волос Вероники, он обнаружил, что его галактики движутся так быстро, что должны легко улетать прочь. Почему же скопление не распадается? Цвикки предположил, что его масса много больше, чем оценивалась по светящимся источникам. Так в астрофизике появилась скрытая масса, которую сегодня называют тёмной материей. Без неё не описать динамику галактических дисков и скоплений галактик, искривление света при прохождении мимо этих скоплений и само их происхождение. По оценкам, тёмной материи в 5 раз больше, чем обычной светящейся. Уже выяснено, что это не тёмные планетоиды, не чёрные дыры и не какие-либо известные элементарные частицы. Вероятно, тёмная материя состоит из каких-то тяжёлых частиц, участвующих только в слабом взаимодействии.

Недавно итало-российский спутниковый эксперимент PAMELA зарегистрировал в космических лучах странный избыток энергичных позитронов. Астрофизики не знают подходящего источника позитронов и предполагают, что это, возможно, продукты каких-то реакций с частицами тёмной материи. Если так, то под угрозой может оказаться теория первичного нуклеосинтеза Гамова, ведь она не предполагала присутствия в ранней Вселенной огромного числа непонятных тяжёлых частиц.

Загадочную тёмную энергию пришлось срочно добавлять в стандартную модель Вселенной на рубеже XX и XXI веков. Незадолго до этого был опробован новый метод определения расстояний до далёких галактик. «Стандартной свечой» в нём служили взрывы сверхновых звёзд особого типа, которые в самом разгаре вспышки всегда имеют почти одинаковую светимость. По их видимому блеску определяют расстояние до галактики, где случился катаклизм. Все ждали, что измерения покажут небольшое замедление расширения Вселенной под действием самогравитации её вещества. С огромным удивлением астрономы обнаружили, что расширение Вселенной, наоборот, ускоряется! Тёмная энергия была придумана, чтобы обеспечить всеобщее космическое отталкивание, раздувающее Вселенную. Фактически она неотличима от лямбда-члена в уравнениях Эйнштейна и, что забавнее, от C-поля из теории стационарной Вселенной Бонди — Голда — Хойла, в прошлом главного конкурента космологии Фридмана — Гамова. Вот так искусственные умозрительные идеи мигрируют между теориями, помогая им выживать под давлением новых фактов.

Если у первоначальной модели Фридмана был только один параметр, определяемый из наблюдений (средняя плотность вещества Вселенной), то с появлением «тёмных сущностей» число «подстроечных» параметров заметно выросло. Это не только пропорции тёмных «ингредиентов», но также произвольно предполагаемые их физические свойства, например способность к участию в различных взаимодействиях. Не правда ли, все это напоминает теорию Птолемея? В неё тоже добавляли всё новые эпициклы, чтобы добиться соответствия с наблюдениями, пока она не рухнула под тяжестью собственной переусложнённой конструкции.

Вселенная в жанре «сделай сам»

За последние 100 лет создано великое множество космологических моделей. Если раньше каждая из них воспринималась как уникальная физическая гипотеза, то сейчас отношение стало более прозаическим. Чтобы построить космологическую модель, нужно заняться тремя вещами: теорией гравитации, от которой зависят свойства пространства, распределением вещества и физической природой красного смещения, из которой выводится зависимость: расстояние — красное смещение R(z). Тем самым задаётся космография модели, позволяющая рассчитать разные эффекты: как меняются с расстоянием (а точнее, с красным смещением) блеск «стандартной свечи», угловой размер «стандартного метра», длительность «стандартной секунды», поверхностная яркость «эталонной галактики». Остаётся посмотреть на небо и понять, какая теория даёт правильные предсказания.

Представьте, что вечером вы сидите в небоскрёбе у окна, глядя на расстилающееся внизу море огней большого города. Вдали их становится меньше. Почему? Возможно, там бедные окраины, а то и вовсе кончается застройка. А может, свет фонарей ослабляется туманом или смогом. Или сказывается кривизна поверхности Земли, и дальние огни попросту уходят за горизонт. Для каждого варианта можно рассчитать зависимость числа огней от расстояния и найти подходящее объяснение. Вот так и космологи изучают далёкие галактики, пытаясь выбрать лучшую модель Вселенной.

Чтобы космологический тест заработал, важно найти «стандартные» объекты и учесть влияние всех помех, искажающих их вид. Над этим космологи-наблюдатели бьются уже восьмой десяток лет. Взять, скажем, тест углового размера. Если наше пространство евклидово, то есть не искривлено, видимый размер галактик убывает обратно пропорционально красному смещению z. В модели Фридмана с искривлённым пространством угловые размеры объектов убывают медленнее, и мы видим галактики чуть крупнее, как рыб в аквариуме. Есть даже такая модель (с ней на ранних этапах работал Эйнштейн), в которой галактики с удалением сначала уменьшаются в размерах, а потом вновь начинают расти. Проблема, однако, в том, что далёкие галактики мы видим такими, какими они были в прошлом, а в ходе эволюции их размеры могут меняться. К тому же на большом расстоянии туманные пятнышки кажутся меньше — из-за того, что трудно разглядеть их края.

Учесть влияние таких эффектов крайне сложно, и поэтому результат космологического теста нередко зависит от предпочтений того или иного исследователя. В огромном массиве опубликованных работ можно найти тесты, как подтверждающие, так и опровергающие самые разные космологические модели. И только профессионализм учёного определяет, каким из них верить, а каким нет. Вот лишь пара примеров.

В 2006 году международная группа из трёх десятков астрономов проверяла, растягиваются ли во времени взрывы далёких сверхновых звёзд, как того требует модель Фридмана. Они получили полное согласие с теорией: вспышки удлиняются ровно во столько раз, во сколько уменьшается частота приходящего от них света — замедление времени в ОТО одинаково сказывается на всех процессах. Этот результат мог бы стать очередным последним гвоздём в крышку гроба теории стационарной Вселенной (первым лет 40 назад Стивен Хокинг назвал космический микроволновый фон), но в 2009 году американский астрофизик Эрик Лернер опубликовал прямо противоположные результаты, полученные другим методом. Он использовал тест поверхностной яркости галактик, придуманный Ричардом Толманом ещё в 1930 году, специально чтобы сделать выбор между расширяющейся и статической Вселенными. В модели Фридмана поверхностная яркость галактик очень быстро падает с ростом красного смещения, а в евклидовом пространстве с «усталым светом» ослабление идёт гораздо медленнее. На z = 1 (где, по Фридману, галактики примерно вдвое моложе, чем вблизи нас) разница получается 8-кратной, а на z = 5, что близко к пределу возможностей космического телескопа «Хаббл», — более чем 200-кратной. Проверка показала, что данные почти идеально совпадают с моделью «усталого света» и сильно расходятся с фридмановской.

Почва для сомнений

В наблюдательной космологии накоплено ещё много данных, заставляющих сомневаться в корректности доминирующей космологической модели, которую после добавления тёмной материи и энергии стали называть LCDM (Lambda — Cold Dark Matter). Потенциальную проблему для LCDM представляет быстрый рост рекордных красных смещений обнаруживаемых объектов. Сотрудник японской Национальной астрономической обсерватории Масанори Айи (Masanori Iye) изучил, как росли рекордные открытые красные смещения галактик, квазаров и гамма-всплесков (мощнейших взрывов и самых далёких маяков в наблюдаемой Вселенной). К 2008 году все они уже преодолели рубеж z = 6, причём особенно быстро росли рекордные z гамма-всплесков. В 2009 году ими был установлен очередной рекорд: z = 8,2. В модели Фридмана это соответствует возрасту около 600 миллионов лет после Большого взрыва и на пределе вписывается в существующие теории образования галактик: ещё немного, и им просто не останется времени на формирование. Между тем прогресс в показателях z, похоже, не собирается останавливаться — все ждут данных с новых космических телескопов «Гершель» и «Планк», запущенных весной 2009 года. Если появятся объекты с z = 15 или 20, это станет полномасштабным кризисом LCDM.

На другую проблему ещё в 1972 году обратил внимание Алан Сендидж, один из наиболее уважаемых космологов-наблюдателей. Оказывается, закон Хаббла слишком хорошо соблюдается в ближайших окрестностях Млечного Пути. В пределах нескольких мегапарсек от нас вещество распределено крайне неоднородно, однако галактики словно бы не замечают этого. Их красные смещения в точности пропорциональны расстояниям, кроме тех, что оказались совсем близко к центрам крупных скоплений. Хаотические скорости галактик как будто чем-то гасятся. Проводя аналогию с тепловым движением молекул, этот парадокс иногда называют аномальной холодностью хаббловского потока. Исчерпывающего объяснения этого парадокса в LCDM нет, зато он получает естественное объяснение в модели «усталого света». Александр Райков из Пулковской обсерватории выдвинул гипотезу, что красное смещение фотонов и гашение хаотических скоростей галактик может быть проявлением одного и того же космологического фактора. И та же причина, возможно, объясняет аномалию в движении американских межпланетных зондов «Пионер-10» и «Пионер-11». Покидая Солнечную систему, они испытывали небольшое необъяснимое торможение, численно как раз такое, как нужно для объяснения холодности хаббловского потока.

Ряд космологов пытаются доказать, что вещество во Вселенной распределено не однородно, а фрактально. Это значит, что в каком бы масштабе мы ни рассматривали Вселенную, в ней всегда обнаружится чередование кластеров и пустот соответствующего уровня. Первым эту тему поднял в 1987 году итальянский физик Лучано Пиотронейро. А несколько лет назад петербургский космолог Юрий Барышев и Пекка Теерикорпи из Финляндии опубликовали обширную монографию «Фрактальная структура Вселенной». В ряде научных статей утверждается, что в обзорах красных смещений фрактальность распределения галактик уверенно выявляется до масштаба 100 мегапарсек, а неоднородность прослеживается до 500 мегапарсек и более. А недавно Александр Райков совместно с Виктором Орловым из СПбГУ обнаружили признаки фрактального распределения в каталоге гамма-всплесков на масштабах до z = 3 (то есть по фридмановской модели в большей части видимой Вселенной). Если это подтвердится, космологии предстоит серьёзная перетряска. Фрактальность обобщает понятие однородности, которое по соображениям математической простоты было взято за основу космологии XX века. Сегодня фракталы активно исследуются математиками, регулярно доказываются новые теоремы. Фрактальность крупномасштабной структуры Вселенной может привести к очень неожиданным следствиям, и, кто знает, не ждут ли нас впереди радикальные изменения картины Вселенной и её развития?

Традиционная космология описывает расширяющуюся Вселенную на базе ОТО, где гравитация связана с кривизной пространствавремени (слева). Но есть и альтернативные взгляды, рисующие Вселенную, где разбегание галактик — лишь иллюзия, а распределение вещества крайне неоднородно (справа)

Крик души

И всё-таки, как бы ни вдохновляли космологических «диссидентов» подобные примеры, на сегодня не существует какой-то целостной и хорошо проработанной теории строения и эволюции Вселенной, отличной от стандартной LCDM. То, что собирательно называют альтернативной космологией, состоит из ряда претензий, которые справедливо ставятся на вид сторонникам общепринятой концепции, а также набора перспективных идей разной степени проработанности, которые могут пригодиться в будущем, если появится сильная альтернативная исследовательская программа.

Многие сторонники альтернативных взглядов склонны придавать слишком большое значение отдельным идеям или контрпримерам. Они надеются, что, наглядно показав трудности стандартной модели, можно добиться отказа от неё. Но, как утверждал философ науки Имре Лакатос, теорию не могут уничтожить ни эксперимент, ни парадокс. Теорию убивает только новая лучшая теория. Тут пока альтернативной космологии предложить нечего.

Но откуда же взяться новым серьёзным разработкам, сетуют «альтернативщики», если во всём мире, в грантовых комитетах, в редакциях научных журналов и в комиссиях по распределению наблюдательного времени телескопов большинство составляют сторонники стандартной космологии. Они, мол, просто блокируют выделение ресурсов на работы, лежащие вне космологического мейнстрима, считая это бесполезной тратой средств. Несколько лет назад напряжение достигло такого накала, что группа специалистов-космологов выступила в журнале New Scientist с весьма жёстким «Открытым письмом к научному сообществу». В нём объявлялось об учреждении международной общественной организации Alternative Cosmology Group (www. cosmology. info), которая с тех пор периодически проводит собственные конференции, но пока не смогла существенно изменить ситуацию.

История науки знает немало случаев, когда вокруг идей, считавшихся глубоко альтернативными и малоинтересными, неожиданно формировалась новая мощная исследовательская программа. И, быть может, нынешняя разрозненная альтернативная космология несёт в себе зародыш будущего переворота в картине мира.

Учёный: во Вселенной есть много богов и полубогов

Член-корреспондент РАН Валерий Трубицын: “Размышляя о Большом взрыве, я пришёл к тому, что существуют боги и полубоги”.

По последним данным современных астрофизиков, с некоторых пор не гравитация является движущей силой в космосе, а её антипод — тёмная энергия, расталкивающая всё и вся с невероятным ускорением в разные стороны. И если Солнце или взрыв гигантского астероида не сожгут нашу планету раньше, нас сделает одинокими тёмная сила. Своего врага надо знать в лицо. Познакомиться с той самой тёмной силой, а также с чёрными дырами и прочими космическими страшилками поближе нам поможет член-корреспондент РАН Валерий ТРУБИЦЫН.

Тёмная масса —это лаз в будущее?

По традиционной теории, наша Вселенная возникла около 13 миллиардов лет назад в результате так называемого Большого взрыва. Значительная часть существовавшей на тот момент энергии перешла в материю, из которой потом образовались звёзды и планеты.

— Такой видимой материи во Вселенной на сегодня всего 4 процента, — говорит Валерий Трубицын, — 25% составляет тёмная масса, или чёрные дыры, а оставшийся 71% — тёмная энергия.

Но вначале о материи. Многие обыватели по ошибке принимают чёрные дыры за некие “бермудские треугольники” в небе, в которые засасывается всё вокруг. Однако это не совсем так. Чёрные дыры — это те же самые звёзды, правда, отжившие свой срок. Израсходовав за несколько миллионов лет “топливо”, к примеру наполнявший их водород, звёзды начинают остывать и сжиматься. Происходит это потому, что тело оказывается не в силах противостоять своим собственным гравитационным силам.

В итоге получается сверхплотный шар, обладающий настолько огромной гравитацией (или притяжением), что из него не могут вырваться обратно ни вещество, к нему приблизившееся, ни даже свет с имеющейся у него скоростью 300 тыс. км/сек.

Но тогда резонен вопрос: если мёртвые звёзды не излучают света, каким образом астрономы вообще узнали об их существовании?

— Этих невидимок обнаружили по исходящему от них рентгеновскому излучению, — поясняет Трубицын. — Точнее, это излучение не их, а того вещества, которое чёрная дыра к себе притягивает. В момент “всасывания” в чёрную дыру материя разогревается и начинает излучать в рентгеновском диапазоне.

Говорят, что самая ближайшая к нам чёрная дыра имеется в созвездии Лебедя. Тело, которое находится на расстоянии 6 тысяч световых лет от Земли, назвали Лебедь Х-1. Летними и осенними ночами оно находится прямо у нас над головами. Только бояться этой тёмной материи не стоит. От нас до таких объектов очень далеко, за миллионы лет не долетишь. А на таком расстоянии притяжение чёрных дыр не действует. Они “питаются” только близко пролетающими звёздами, газопылевыми облаками, астероидами.

Но есть и более массивные чёрные дыры массой в миллиард солнц. Они могли образоваться в результате мегастолкновения небесных тел. Такая дыра, к примеру, уже обнаружена в центре нашего Млечного пути. Есть версия, что в других галактиках также имеются свои огромные чёрные дыры. Одни физики уже пытаются вести их учёт, другие высказываются о том, что чёрные дыры помогут нам путешествовать во времени. Об этом, в частности, заявил недавно профессор Израильского технологического института Амос Ори. Сославшись на самого Эйнштейна, который отмечал, что при мощных силах гравитации происходит замедление течения времени и искривление пространства, Ори вывел свою теорию. По его мнению, если искривлённой пространственно-временной структуре придать форму кольца или воронки, появится возможность путешествовать в прошлое. При этом с каждым новым витком в этой концентрической структуре человек будет всё дальше углубляться в толщу времени. Однако для создания этой машины времени необходимы гигантские гравитационные силы. Чёрные дыры, по мнению Ори, как раз для этого бы подошли. Только вот как их приручить? Ведь, понятно, что человека разорвёт на части еще на подлёте к такой воронке.

Чёрные дыры атакуют

Одни чёрные дыры безнадежно далеки от нас, а другие, возможно, мы скоро сами “смастерим” у себя на планете. Большой адронный коллайдер (БАК), расположенный на границе между Францией и Швейцарией, — вот место, где они могут появиться. Многие футурологи уже рисуют картину неминуемого конца света. Стоит разобраться, насколько реальна картина пожирания чёрной дырой, рожденной в БАКе, всего земного вещества и нас с вами.

Итак, коллайдер — это ускоритель элементарных частиц — протонов. Разогнав пучки этих частиц до скоростей, близких к скорости света, физики-ядерщики хотят добиться их столкновения и взрыва, аналогичного тому, что произошёл когда-то во Вселенной (хотя, по мнению скептиков, для этого вряд ли будет достаточно имеющейся энергии). Таким образом, будет воспроизведена модель создания всего, что есть на Земле, то есть доказана теория происхождения Вселенной в результате Большого взрыва. Но любое хорошее дело имеет оборотную сторону. В данном случае не исключают появления чёрных дыр.

— Для того чтобы в коллайдере возникла чёрная дыра, надо, чтобы в одной точке или одновременно столкнулось большое количество протонов, или два протона, но с очень большой энергией, — поясняет Трубицын. — Минимальная чёрная дыра имеет размер 10 в минус 33-й степени сантиметров и массу 10 в минус 5-й степени граммов. Эта частица вещества имела бы огромную силу притяжения. Но она осталась бы без дела.

Вряд ли тело размером 10 в минус 33-й степени, будь это даже самая настоящая чёрная дыра, способно “съесть” хоть кого-нибудь. Если говорить упрощённо, с точки зрения классической физики, сила притяжения чёрной микродыры очень быстро убывает с расстоянием, и уже на расстоянии 10 в минус 20-й степени от себя она не может поглощать движущиеся частицы. Обладая столь миниатюрным размером, этот хищник, как иголочка, проскочит сквозь самую мельчайшую материальную частицу и останется незамеченным. Сами судите, тот же протон (размер которого составляет 10 в минус 12-й степени см) окажется в миллиарды раз больше, а значит, точно её не почувствует.

Если бы рождённая в коллайдере дыра выросла за счёт многократного столкновения с другими телами, она, конечно, могла бы натворить дел, но это, по словам доктора наук Трубицына, может теоретически произойти только через многие миллиарды лет. Мы с вами точно не доживём.

— И вообще, что мы все говорим о коллайдере? В космических лучах, которые ежедневно атакуют нашу землю, вполне вероятно, тоже есть те же самые мини чёрные дыры, — говорит учёный, — ведь в них также сталкиваются миллиарды элементарных частиц. Кто-нибудь ощущал их притяжение?

Зачем надувается Вселенная?

Получается, зря мы боялись тёмной материи, из которой состоят чёрные дыры. Но есть в космосе более страшный и неведомый зверь под названием “чёрная энергия”. Она, напротив, никого не поглощает, а расталкивает. И чтобы попытаться понять, откуда она взялась, нам надо снова вернуться к теории зарождения Вселенной, то есть к Большому взрыву. С того момента, как мы знаем, макрокосмос постоянно расширялся, галактики удалялись друг от друга. Однако по физическим законам звёзды должны были остановиться и начать обратное движение к сжатию в ту точку, из которой они появились. Так, разлетающиеся при взрыве осколки поднимаются, но затем падают обратно на Землю.

— Однако в 1999 году было достаточно убедительно доказано, что Вселенная расширялась замедленно только первые 6 миллиардов лет, а затем (и этот казус мы наблюдаем по настоящее время) стала расширяться с ускорением, — говорит доктор Трубицын. — То есть все поняли, что откуда-то поступает энергия, называемая тёмной или скрытой, которая и расталкивает все галактики.

Происхождение тёмной энергии пока неизвестно. Некоторые полагают, что это та часть первоначальной энергии, которая не материализовалась в результате Большого взрыва. Каким законам подчиняется чёрная энергия, тоже пока неизвестно.

Специалисты Института космических исследований РАН еще только разрабатывают проект по исследованию чёрной энергии. Он называется “Спектр-Рентген-Гамма”. Специальный космический аппарат должен будет собрать информацию обо всех крупнейших галактиках, а также о том, какое влияние оказала на их формирование чёрная энергия. После в ИКИ РАН построят 3D-модель нашей Вселенной.

Существование тёмной энергии сейчас признают все. А ведь когда-то версия о некой скрытой энергии, расталкивающей галактики, считалась выдумкой. Великому Эйнштейну, выдвинувшему сначала такую гипотезу, пришлось признаваться в “большой ошибке”.

Итак, что же будет с нами, если этот “вакуум Эйнштейна”, как иногда величают темную энергию, продолжит расталкивать материю бесконечно? Не останемся ли мы тогда в полном одиночестве? Может, и с Солнцем нас разлучат?

— Нет, этого не должно произойти, — считает доктор Трубицын. — По крайней мере на первых порах тёмная энергия будет растаскивать только галактики. Внутри Солнечной системы силы притяжения пока преобладают над силами расталкивания. Хотя есть версии, что, покончив с галактиками, чёрная энергия в конце концов начнёт хозяйничать и на планетах. Ну а там и до человека доберётся, разметав его на молекулы. Но это уж совсем фантастическая теория. Слава Богу, на Земле тёмная энергия пока очень слаба.

Мы — колония бактерий

— Я вам больше скажу, — признаётся Трубицын. — Размышляя недавно о Большом взрыве, я пришёл к тому, что в нашей Вселенной, вполне вероятно, существуют боги и полубоги.

— ???

— Мы знаем, что наш “общий дом” существует около 13 миллиардов лет. В разные промежутки времени в нём образовывались звёзды и планеты. И лишь не более тысячи из них, по подсчётам разных учёных, могут быть похожими на нашу с вами Землю. Но тогда (по теории вероятности) разница между обжитыми планетами должна быть более миллиона лет. Вот те цивилизации, которые гораздо старше нас по возрасту, и могут претендовать на звание “богов”.

— Почему же они до сих пор с нами не связались? Ведь они проходили наш уровень развития, должны знать, как с нами общаться.

— А вам бы захотелось общаться, к примеру, с инфузорией-туфелькой? Между цивилизациями во Вселенной примерно такой разрыв. Не исключено, кстати, что более развитые соседи весьма активно вмешиваются в наши земные дела. К примеру, производят манипуляции с нашим ДНК, переставляя их после нашей смерти в другие телесные оболочки. Это я фантазирую под воздействием буддистской версии о переселении душ. Хотя может существовать много других вариантов.

Взять хотя бы понятие о высшем разуме. Большинство людей не верят экстрасенсам, которые якобы периодически получают послания извне. Я тоже не верю большинству из них, но, по словам авторитетнейших психиатров, на Земле всё-таки встречаются люди с действительно паранормальными способностями. И вполне вероятно, что они могут считывать в пространстве чью-то информацию. Я думаю, что если соседи во Вселенной и существуют, то они должны общаться с помощью особых полей, которые мы пока не открыли (так, люди во времена Ивана Грозного не знали об электромагнитных волнах, которыми мы сейчас пользуемся). Почему я предполагаю именно такой способ общения? Да потому что именно по этому пути развивается и наша реальная наука. В Пентагоне, в частности, разрабатывается система передачи мысли на расстоянии при помощи вживленных в мозг солдат микрочипов. Через каких-нибудь 40—60 лет технологию усовершенствуют, она, как часто это случается, перейдёт из военной в частную жизнь людей — и все мы превратимся в один большой мозг. Будем думать одинаково и только во благо обществу (злые замыслы сразу станут достоянием общественности). Отсюда возникает ещё одно пересечение с религией, возможно, неспроста насаженной нам, дикарям, высокоразвитыми соседями: “Возлюби ближнего, как самого себя”. А по-другому никак и не получится...

— А кого вы называете полубогами?

— Может быть, нас с вами... для более поздних цивилизаций.

Было ли у Вселенной начало?

Все мы живём в остатках огромного взрыва, случившегося около 14 миллиардов лет тому назад и положившего начало нашей Вселенной

Космическое яйцо

Начало Вселенной слишком похоже на божественное вмешательство — кажется невозможным описать его научно. Это единственная мысль, на которой сходятся учёные и богословы. Ведь что-то должно было быть до Большого взрыва, ставшего толчком для появления мироздания! Например, Ветхий Завет начинается со слов «В начале». В таком случае наша Вселенная началась в определённый момент. Однако сам Господь, как предполагается, вечен. Чем же, спрашивается, он занимался до создания Вселенной?

— Даже древние мифы о творении демонстрируют поразительное разнообразие, но на самом фундаментальном уровне они сводятся к одному из двух основных вариантов: либо Вселенная была создана конечное время назад, либо она существовала вечно, — высказывает свою точку зрения физик, космолог, профессор Университета Тафтс в Медфорде (США, штат Массачусетс) Александр Виленкин.

Вот один из сценариев, взятый из священной индуистской книги «Упанишады»: «В начале этот мир был несуществующим. Он стал существующим. Он превратился в яйцо. Яйцо лежало год. Затем оно раскрылось... И прямо из него родился Адитья-Солнце. Его рождение встретили возгласом «Ура!» все существа и все объекты желания».

Эта идея выглядит довольно простой, но, к сожалению, имеет серьёзный недостаток, который присущ и всем остальным историям творения. Древние хорошо понимали эту проблему. Так, индийский поэт и философ Джинасена писал в IX веке: «Некоторые глупцы утверждают, что мир создан Творцом. Учение о сотворении мира противоречит здравому смыслу и должно быть отвергнуто. Если Бог создал мир, где он был до творения? Как мог Бог создать мир без всяких исходных материалов? Если вы скажете, что он сначала сделал их, а уже потом мир, вы приходите к бесконечной регрессии (возвращения объекта в своей эволюции к ранее пройденным этапам. — Ред.). Таким образом, учение о том, что мир был создан Богом, вовсе не имеет никакого смысла... Знай, что мир сотворён, как и само время, без начала и конца... Несотворимый и неразрушимый, он продолжает существовать, подчиняясь законам своей собственной природы...».

— Эта критика в равной степени приложима к любым сценариям возникновения космоса — будь то сотворение Богом, как в истории с космическим яйцом, или «естественное» творение, как в модели Большого взрыва современной космологии, — поясняет Виленкин. — Эта же критика, к примеру, применима и к идее Вселенной, рождающейся из хаоса. Есть такая шутка: атеист заявляет, что мир появился из хаоса, на что верующий отвечает: «Но кто же навёл этот хаос?»

Согласно теории Большого взрыва вся материя вокруг нас появилась из раскалённого космического огненного шара около 14 миллиардов лет назад. Но откуда появился огненный шар? Теория инфляции, согласно которой Вселенная стала ускоренно расширяться сразу после Большого взрыва, показала, что увеличивающийся огненный шар может возникнуть из крошечного зародыша вакуума. Но всё равно остаётся вопрос: откуда взялся этот первоначальный зародыш? Что происходило до инфляции? В большинстве своём космологи не спешат браться за эту щекотливую тему. Ведь каков бы ни был ответ, всегда можно спросить: «А что было перед этим?»

— Одна из привлекательных альтернатив инфляционного сценария — это постоянное зарождение «островных вселенных», подобных нашей, в расширяющемся «море» вакуума, — полагает Виленкин. — Таким образом, инфляция — это никогда не прекращающийся процесс. Он закончился в нашей собственной островной Вселенной, но будет неограниченно продолжаться в других отдалённых областях. Однако если инфляция бесконечна в будущем, то, вероятно, ей не нужно и начала в прошлом. Получается вечно расширяющаяся Вселенная без начала и конца, что исключает неразрешимые проблемы, связанные с происхождением космоса.

Наше мироздание пока раздувается, как мыльный пузырь. Но ведь может и лопнуть!

Экстаз Шивы

Помимо этой теории, есть ещё один способ сделать Вселенную вечной. И вновь индусы придумали его в далёком прошлом. Бесконечный цикл создания и уничтожения символизируется танцем Шивы. «Он приходит в состояние экстаза и, танцуя, посылает сквозь инертную материю пульсирующие волны пробуждающих звуков». Вселенная оживает, но потом «на исходе времен, продолжая танцевать, он разрушает все формы и имена в огне и делает передышку». Эта древнеиндийская идея в научной космологии получила название «пульсирующей Вселенной», которая проходит через циклы расширения и сжатия.

В 2002 году эту теорию выдвинули Пол Стейнхардт из Принстонского университета и Нейл Турок из Кембриджа. Они предположили, что история Вселенной состоит из бесконечно повторяющихся циклов расширения и сжатия. Каждый цикл начинается с горячего расширяющегося огненного шара. Он расширяется и остывает, образуя галактики, и вскоре после этого во Вселенной начинает доминировать энергия вакуума. С этого момента Вселенная начинает расширяться в геометрической прогрессии, удваивая свои размеры примерно каждые 10 миллиардов лет. Спустя триллионы лет этого сверхмедленного расширения Вселенная становится чрезвычайно однородной. Наконец расширение замедляется и затем сменяется сжатием. Вселенная схлопывается и сразу же восстанавливается, давая старт новому циклу. Часть энергии, выделившейся при коллапсе, идёт на создание горячего огненного шара вещества.

Стейнхардт и Турок доказывают, что в их сценарии не возникает проблемы начала. Вселенная всегда проходит один и тот же цикл, так что никакого начала попросту нет.

Таким образом, на сегодня есть две возможные модели вечной Вселенной без начала: одна основана на вечной инфляции (расширении), а другая — на циклической эволюции.

Новорождённый мир в лаборатории

Но даже если остановиться на этих двух теориях, всё равно вопрос возникновения Большого взрыва остаётся пока не раскрытым. Для того чтобы понять его причину и ход, физики задались вопросом: «Как изготовить новорождённую вселенную в лаборатории?»

— Сама по себе эта идея не нова, — рассказывал физик Андрей Линде из Стэнфордского университета, приезжавший с лекцией в Москву. — Несколько лет назад, когда физики вычислили энергию, необходимую для запуска Большого взрыва, исследователи стали интересоваться, что произойдёт, если в лаборатории сосредоточить большое количество энергии в одной точке — ну, скажем, выстрелить одновременно из множества пушек. Можно ли сконцентрировать достаточно энергии для запуска мини-варианта Большого взрыва?

По версии известного американского физика Митио Каку, в этом случае можно получить коллапс пространства-времени и даже чёрную дыру. Но с ним не согласен другой специалист, физик Алан Гут из Массачусетского технологического института. Он полагает, что в этой «одной точке» спонтанно будут возникать крохотные пузырьки пространства-времени. И те из них, которые будут достаточно большими, чтобы не исчезнуть в пространственно-временной пене, могут легко раздуться до полноценной вселенной.

— Представьте себе мыльный пузырь, который расщепляется на два или порождает рядом крошечный новорождённый «дочерний» пузырёк, — объясняет Гут. — Иногда этот крошечный мыльный пузырёк стремительно раздувается в совершенно новый полноценный мыльный пузырь. Так же могут возникать целые вселенные.

Алан Гут и его коллеги даже нашли вещество, дающее энергию для превращения крупного пузырька в полноценное мироздание. Это частица по имени «инфлатон», которая, по мнению учёных, дестабилизирует пространство-время и заставляет пузырьки формироваться и раздуваться.

...В конечном итоге теория Большого взрыва обладает тем же основным недостатком, что и теория эволюции, считают учёные. Обе практически идеально описывают, как Вселенная (или жизнь на Земле) менялась после зарождения, но ни та, ни другая не в силах объяснить, с чего всё началось.

И может быть, правы древние философы, утверждавшие, что «мир сотворён, как и само время, без начала и конца». А вот попытки создавать вселенные в лаборатории имеют большие перспективы: возможно, в конце концов это поможет нам уцелеть при неизбежной смерти нашего мироздания.

Вопрос — ребром

Доктор физико-математических наук космолог Эдуард ХАВИНСОН: Где зарождается жизнь?

— Если предположить, что существует множество вселенных, то я считаю, что среди них происходит так называемый «естественный отбор». И доминируют среди них с лучшими физическими константами (например, «нужной» массой электрона и протона), которые можно рассматривать как ДНК вселенной. И чем совершеннее эти ДНК-константы, тем вселенная наиболее приспособлена для выживания и соответственно появления высокоразвитых цивилизаций.

Наша Вселенная не одинока — вселенных может быть много

Фантастическое изображение космической "пены" — конгломерата множества вселенных: наверху — наше сообщество галактик, внизу — примыкающие к нему иные миры.

Земной эксперимент подтвердил гипотезу о природе Большого взрыва. Из неё следует, что вселенных может быть много.

«Перед нами — безумная теория. Вопрос в том, достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной», — высказывая эту парадоксальную мысль, Нильс Бор (1885-1962) — датский физик, один из основателей теории атома — затронул сущность всей науки. И, может быть, это особенно относится к тем современным наукам, которые рассматривают явления, недоступные для чувств человека. Таковы, например, природа атома и элементарных частиц, генетика, астрономия…

Всего двадцать лет назад астрономы с помощью телескопов в лучшем случае могли обозревать не более двух процентов объёма нашей Вселенной. Так говорит А. Ренцини, сотрудник одной из крупнейших в мире обсерваторий — Европейской Южной. «А сегодня, — продолжает он, — мы в состоянии осматривать девять десятых объёма нашей Вселенной. Мы видим почти всё, что можно увидеть. И этот прорыв в космические дали есть не что иное, как путешествие в глубь времён».

Телескопы и в самом деле — машины времени. Когда астрономы с помощью орбитального телескопа Хаббла наблюдают галактики, удалённые от нас на 12 миллиардов световых лет, они видят ту эпоху, в которой Вселенная была, можно сказать, в младенческом возрасте — всего три миллиарда лет. Это было время, когда галактики только что возникли после Большого взрыва частицы, меньшей, чем атомное ядро.

Учёные убеждены, что период младенчества Вселенной и сам породивший её взрыв должны были оставить своего рода «эхо». Оно и в самом деле не исчезло. В космосе блуждают электромагнитные колебания, которые и в наши дни пронизывают все пространство. Правда, сейчас они уже не обладают той чудовищной энергией, при которой родилось мироздание.

Для исследования этих колебаний в космос были направлены спутники «Прогресс» (запущен в СССР), оснащённый специальным прибором «Реликт-2», и «Cosmic Backgraund Explorer» (США), сокращённо его называют «Кобе». Спутники установили, что реликтовое первичное излучение — удивительно равномерный поток, пронизывающий космос во всех направлениях. Лишь тысячные доли процента составляют в нём некую неравномерность.

Анализ этого феномена показывает, что Вселенная в свою раннюю фазу должна была расширяться со скоростью, превышающей скорость света. В миллиардные доли секунды она из частицы, меньшей, чем атомное ядро, достигла астрономических размеров. И здесь нет противоречия с теорией относительности, с её постулатом о предельной скорости света. Эйнштейн утверждал, что скорости не могут выйти за пределы световой, когда тела движутся в пространстве, но в момент взрыва само исчезающе малое пространство также расширялось вместе с продуктами взрыва.

Ещё до того, как спутники определили особенности реликтового излучения, многие астрофизики, в их числе доктор физико-математических наук Андрей Дмитриевич Линде, работающий сейчас в США, в Калифорнии, пытались представить себе, что же происходило в то исчезающе малое время, когда возникала Вселенная. А. Линде, как показали дальнейшие исследования, удалось, пожалуй, глубже других проникнуть в тайну рождения космоса.

«Теперь я знаю, как сотворил Бог Вселенную!» — воскликнул Андрей Дмитриевич в 1983 году, когда он нашёл ключ к механизму «хаотической инфляции» — так называют теперь это событие. Под инфляцией в данном случае подразумевается расширение с ускорением. На научных конгрессах, когда он в те годы докладывал свои соображения, многие выслушивали его с ироническими улыбками. «Часто я чувствовал себя полным идиотом», — говорит о тех временах А. Линде. И тут невольно вспоминаются слова Нильса Бора о том, как оцениваются новые идеи в науке.

Прошло совсем немного лет, и спутниковые эксперименты показали правильность теории инфляции Вселенной. И вот уже логика рассуждений А. Линде никого не удивляет. В своём развитии она дала ключи к осмыслению того, почему космос так необъятно велик, помогла представить, как из хаотической материи возникли звёзды и галактики: здесь тоже причиной стала случайная инфляция.

В самом начале, когда Вселенная была телом, меньшим, чем атомное ядро, там господствовали, согласно А. Линде, те же законы, что существуют в мире элементарных частиц, в котором не бывает покоя. Волнуется энергия, как волны в море. При этом иногда возникают флуктуации — случайные отклонения от средних величин. Неожиданное расширение космоса, считает Андрей Дмитриевич, связано с тем, что флуктуации неимоверно выросли и стали зачатками галактик и звёзд.

Такое расширение привело к образованию немыслимо большого космоса, который представляет собой отражение немыслимо маленького первоначального ядра. Самое большое и самое малое повторяют друг друга.

Анализ и осмысление измерений, проведённых спутником «Кобе», подтверждают модель, предложенную А. Линде: в космическом реликтовом излучении (мы его назвали «эхо Большого взрыва») обнаружены тончайшие завихрения. Эти неравномерности — отражение того разделения облаков первичной материи, которое возникло после начала расширения. Завихрения действительно похожи на волны, которые должны были быть в мини-вселенной — во взорвавшемся ядре, породившем нашу большую Вселенную.

Первые образования в космосе получили структуру благодаря «тёмной материи», которая сама по себе остаётся пока ещё довольно загадочным объектом для астрономии. А уж в какой связи эти невидимые массы, заполняющие, как теперь считают, всё пространство космоса, находятся с образованием космических структур — и вовсе загадка.

Однако самые современные исследования подтверждают, что такая бестелесная «тёмная материя» действительно существует и именно она составляет большую часть Вселенной. Мнения астрономов расходятся: одни считают — на долю «тёмной материи» приходится 90 процентов, а другие — 95 или даже 99 процентов всей массы космоса.

Галактические спирали и скопления, звёзды и планеты, которые сияют на ночном небе, можно сравнить с лёгкой декорацией, с украшением из крема на тёмном шоколадном торте. То есть на фоне «тёмной материи».

То, что «тёмная материя» определяет структуру формы космических объектов, астрофизики выяснили, проведя многочисленные измерения во Млечном Пути. Звёзды, находящиеся на периферии этой галактики, так быстро вращаются вокруг её центра, что давно должны были под действием центробежных сил разлететься, если бы галактика состояла лишь из той массы, которая светится. Но поскольку «тёмная материя» — это основной источник сил притяжения, то именно она позволяет сохранить Млечному Пути свою форму. «Тёмная материя» выступает в роли вещества, цементирующего галактики.

Звёздные скопления, отдельные звёзды со спутниками, белые карлики, кометы, чёрные дыры — их суммарная гравитация может быть лишь малой частью той огромной силы, которая скрепляет галактики. Они не могут создать столь могучего тяготения, какое господствует в галактиках. Некоторые астрофизики предполагают, что существует ещё особая форма материи — «тяжёлый свет». Разрешить загадку должен помочь новый ускоритель, который недавно введён в строй в Швейцарии в ЦЕРНе. Физики возлагают большие надежды на этот ускоритель, считают, что он откроет двери в мир не известных доселе элементарных частиц.

И ещё одну загадку задаёт нам природа: не известная до недавнего времени сила — антигравитация. В чём она проявляется? Астрофизики определяют возраст нашей Вселенной в 15 миллиардов лет. Скорость разлетания галактик во Вселенной так велика, что пока невозможно даже предположить, что они затормозятся и повернут вспять. Напротив, скорость, с которой разлетается наша Вселенная, всё время возрастает. И словно где-то есть ускоритель, особо действующий на все удалённые от центра Вселенной объекты. Какая-то причина заставляет космос всё быстрее расширяться.

Эту непонятную силу, действующую на невообразимо огромных расстояниях, назвали антигравитацией. О том, что это такое, пока есть только предположения. Одно из них принадлежит немецкому астрофизику Лейбундгуту. Он считает, что в межгалактическом пространстве есть внутренняя энергия, она заполняет вакуум и стремится к расширению занимаемого ею объёма. Исследователь из Италии Марио Ливио, который сначала весьма скептически отнесся к такому толкованию, вынужден был в конце концов признать: «Если верить числам, вакуумная сила должна существовать». Последние изыскания показывают, что почти три четверти совокупной энергии космоса принадлежат таинственной силе, связанной с вакуумом, то есть с «ничто».

Интересно, что А. Линде свою гипотезу о происхождении Вселенной тоже связал с этим самым «ничто». В его предположениях оно играет ведущую роль: весь космос возник из «ничто». Наполняющая вакуум энергия при содрогании, встряске, по его мнению, вызвала тот Большой взрыв, от которого пошёл мир галактик, звёзд и газовых облаков, словом, вся наша Вселенная. Затраты энергии на такую «встряску», судя по расчётам, были не столь уж грандиозны. И поэтому можно полагать, что дело не ограничилось рождением одной Вселенной. Их могло образоваться множество!

Как рассказывает сам А. Линде, вынашивание мысли о множественности вселенных было долгим и мучительным. Учёный впадал в депрессию, перед ним глухой стеной вставали, казалось, неразрешимые противоречия. Потом, порой неожиданно для самого себя, он начинал ясно понимать механизм «хаотической инфляции», которая могла объяснить, как произошёл Большой взрыв. Исходным моментом рассуждений А. Линде стала молния из «ничего» — так называемые флуктуации. (Впервые они были обнаружены в ЦЕРНе.) Поскольку вакуум заряжен энергией, в некоторые моменты возникают её сгустки. Их существование длится ничтожную долю секунды (дробь, в которой единица делится на 1015).

Временами, утверждает автор гипотезы, концентрация и напор в вакууме могут действовать сообща и расширяться. При этом вступает в игру эффект роста снежного кома, начинается космическая инфляция, и ничтожный объём в вакууме мгновенно вырастает до астрономических размеров. А. Линде оценивает температуру, при которой родилась Вселенная, в 10 миллиардов градусов.

Связь энергии с массой показал ещё Эйнштейн. Примерно как водяной пар при остывании конденсируется в капли, так и в нашем случае часть начальной энергии из лучевой конденсировалась в элементарные частицы и атомы — вначале водорода и гелия.

Поскольку флуктуации (то есть случайные отклонения от средних величин), с одной стороны, — это начало всех начал, а с другой — отклонения в вакууме должны повторяться. И первоначальный взрыв — не единственный. Каждый раз, когда случайно сталкиваются частицы энергии, возникает новая вселенная. Поэтому их «бесконечно много», уверяет А. Линде. Мы живём в одной из вселенных — в одном из пузырей неимоверно большой космической «пены». Свои идеи учёный многократно проверил математическими расчётами.

Астрономы, астрофизики, математики, посвятившие себя изучению жизни космоса, говорят, что буквально последние месяцы принесли им такое огромное количество новых знаний, что «человечество в целом стало много умнее», а Вселенная оказалась «много загадочнее», чем ещё недавно представлялась учёным.

А. Линде говорит, что последние открытия в астрономической науке можно сравнить с коперниковской революцией. Раньше центром мироздания считалась Земля, затем — Солнце, потом — Галактика, Вселенная. Теперь и с этим покончено. Возможно, и опять кто-то из последователей Коперника задумается: может ли быть центр у космической «пены»?

Среди невообразимого количества вселенных могут быть различные, совсем не схожие с нашей. Возможно, там где-то существуют иные виды жизни, а в их природе главенствуют иные законы. Но что касается модели, предложенной А. Линде, то она полностью согласуется с теми законами природы, которые действуют в нашем мире.

Взгляды, высказанные Андреем Дмитриевичем, встретили и критические высказывания, и неподдельный интерес у специалистов. Многие сходятся на том, что все эти гипотезы не поддаются проверке. Но надо думать, что здесь они ошибаются.

Большие надежды А. Линде возлагает на новые спутниковые исследования, они продолжат те, что начаты в восьмидесятые годы, когда было зарегистрировано «первичное излучение». Старт нового усовершенствованного космического аппарата намечен на 2006 год. Предполагается, что благодаря особо высокой чувствительности он сможет уловить излучение, идущее с границ нашего космоса. А. Линде надеется ещё и на то, что удастся поймать лучи, идущие от примыкающего космического пространства, то есть от другой — соседней вселенной.

Будущее, теперь уже недалёкое, вероятно, позволит науке окончательно утвердиться в ответе на вопросы: как возникла Вселенная и есть ли у неё сёстры? И тогда наступит пора разрешить другой важнейший вопрос: почему она возникла?

Создатель и смотритель Вселенной

Почему на основе законов, открытых наукой, нельзя объяснить происхождение Вселенной, Жизни и Разума? То, чему нас учат в школе, в вузах, о чём пишут люди, посвятившие всю свою жизнь науке, — по большей части сказка. Ведь в науке многое из того, что мы считаем незыблемым, фактом, аксиомой, — это всего лишь теория, с которой согласно большинство ученых. Но большинство отнюдь не всегда бывает право. Поэтому завтра появятся новые гипотезы, лучше объясняющие то или иное явление, и учебники будут переписаны. Так постепенно мы подбираемся к истине, которая пока далеко.

* * *
Одной из характерных черт нашего времени является упорное стремление всё и вся доказывать. Даже такие истины, в которые люди верили тысячелетия. Верили и не искали доказательств. Теперь ищут неопровержимые факты, подтверждающие реальность жизни после смерти, существования потустороннего мира, и даже самого Творца. Твёрдо укоренилось мнение, что наука убедительно показала ложную природу всяческих суеверий (магии, астрологии, целительства, гаданий и т. д.) и дала естественное объяснение происхождению и развитию Вселенной, Земли, человека. А что значит «естественное»? Это то, что можно изучить с помощью наших органов чувств и приборов, приспособленных к этим органам чувств. Всё, что за пределами нашего восприятия, объявляется несуществующим или мистической чушью, вымыслом. Так ли это?..

* * *
"Сегодня кандидаты и доктора наук с полной серьёзностью проводят конференции, посвящённые тонкому (потустороннему, астральному) миру. Они доказывают, что все самые главные знания человечества даны ему свыше. Даны путём прямого контакта с пророками, ясновидящими и людьми, которых мы называем гениями, а отнюдь не путём мучительно долгих размышлений и тысяч лабораторных опытов. Размышления и опыты — это только «доводка до ума» полученных знаний. Скажите, чем отличаются друг от друга, скажем, пророк Исайя, получивший предсказание о грядущем рождении мессии.

"Современные человеческие знания не позволяют с уверенностью ответить на вопрос о том, когда и как родилась наша Вселенная. Сегодня большинство астрофизиков согласно с теорией «горячей Вселенной», которая опирается на два главных факта: 1) Вселенная расширяется, о чём свидетельствует красное смещение линий в спектрах далёких галактик.

* * *
«Большой взрыв»... Пусть так. А что было до него? Исследуя период, предшествующий «Большому взрыву», учёные заходят в тупик, называемый ими сингулярностью. Что это такое? Если бы время можно было обратить вспять, то Вселенная начала бы сжиматься и сжиматься, пока не превратилась бы в точку. Это и есть сингулярность, или точечная Вселенная. Но если продолжить процесс дальше, Вселенная в конце-концов превратится в ничто, абсолютное ничто, из которого ничто не смогло бы и появиться. Сам собой напрашивается вывод, что в те далёкие времена происходили события, не согласующиеся с законами, управляющими современным миром, так как вещество Вселенной, стянутое в одну точку, всё же должно было откуда-то взяться. Поэтому, по крайней мере, первый атом был создан сверхъестественной силой, как бы мы её ни называли, — Богом, сверхразумом или иначе.

* * *
Обратим теперь взгляд к нашей матушке-Земле. Водород, углерод, кислород, азот — вот четыре элемента, четыре столпа, на которых зиждется органическая жизнь. Без этих элементов она невозможна. Все они обладают уникальными свойствами, но главное не в этом. Главное в том, что вероятность случайной комбинации этих элементов, необходимых для возникновения жизни, практически равна нулю. Лишь такой ответ может дать нам наука. Почему же именно эти элементы и именно в нужной пропорции оказались в нашем уголке Вселенной? Объяснить сей загадочный факт можно только чьим-то целенаправленным вмешательством. Но если бы оно проявлялось только в этом!

В колыбели жизни, называемой нами Землёй, в течение длительных геологических периодов, многих сотен миллионов лет поддерживаются особо благоприятные для этой жизни условия. Похоже, условия эти регулирует некий универсальный термостат. Что произойдёт, если он перестанет действовать? А вот что. Если содержание кислорода в атмосфере снизится до 14 процентов и менее, мы не сможем зажечь огонь. Если оно, наоборот, повысится до 25 процентов и более, даже сырая древесина и мох будут воспламеняться. Одной молнии окажется достаточно, чтобы началась всемирная катастрофа. В результате бесконечных пожаров возрастёт содержание углекислого газа в атмосфере, что, в свою очередь, стимулирует производство кислорода морскими растениями, вырабатывающими значительную его часть. Пожары будут шириться, и жизнь на суше станет невозможной.

Расчёты учёных показали, что количество кислорода должно увеличиваться на 1 процент каждые 12 тысяч лет. Но этого не происходит. Некий таинственный механизм препятствует отклонению содержания животворного газа от стабильного уровня в 21 процент.

Зачем? — издавна задавали себе вопрос учёные. Ответ на него ясен: чтобы сохранить жизнь на Земле.

Другой пример. Расчёты показывают ещё и то, что солёность всех морей и океанов в принципе не должна отличаться от солёности Мёртвого моря, в котором, как известно, жизнь невозможна из-за высокого содержания солей. Доказано, что рост их концентрации с 4 до 6 процентов привёл бы к гибели всех форм морской жизни. Однако этого не происходит. Кое-какие механизмы, способствующие понижению концентрации солей в водах океанов, известны, но далеко не все. А главное, эти механизмы действовали задолго до появления высших организмов, словно были заранее подготовлены.

* * *
Думая над всеми приведенными фактами, приходишь к выводу: как узки границы нашего существования! Какие мы хрупкие и нежные! Один порыв ветра — и мы сметены, изломаны. Такому хрупкому цветку нужен сад, за которым хорошо ухаживают. А скорее, не сад, а теплица.

Пойдём дальше. Современная биология также не способна помочь нам понять таинство зарождения жизни. Лежащая в её основе эволюционная теория ничего не объясняет. Были изучены миллионы органических соединений, но ни одно из них не обнаружило склонности к превращению в живое существо. Опять выходит, что таинственное «нечто» дало толчок, и органические соединения переступили грань между мёртвой и живой природой. Данные последних исследований убеждают, что общепринятая теория естественного отбора рисует картину, увы, далекую от действительности. Сравнение окаменелых останков раковин различных видов моллюсков, обитавших в океанах нашей планеты десятки и сотни миллионов лет назад, показывает, что, просуществовав практически без изменений 10—15 миллионов лет, вид исчезает. Другой вид, занявший его место, повторяет историю своего предшественника. Что же касается мутаций, являющихся, согласно теории, основой естественного отбора, они, конечно, происходят. Но, как правило, носят нейтральный характер, то есть не ведут к важным изменениям в природе организмов. Например, у людей постоянно происходят мутации цвета волос и глаз. Это может сыграть дурную или хорошую шутку с нашей внешностью, но ни повредить человеку, ни дать ему какие-то серьёзные преимущества по сравнению с другими не способно.

Новые виды появлялись как угодно, но только не в результате постепенного накопления мелких изменений, происходящих вследствие приспособления организмов к окружающей среде. Затем процесс эволюции, точнее появления новых видов, внезапно прекратился. Это произошло примерно 40 миллионов лет назад. Почему? Может быть, потому, что условия для появления человека в основном были созданы?..

Так или иначе, все науки, изучающие историю развития жизни на Земле, спотыкаются на том же месте, что и физика, — на Начале. Одни не способны дать аргументированного объяснения возникновению жизни, другие — самого главного и загадочного: когда и как появился человек.

Итак, в бесконечной цепи бытия не хватает трёх главных звеньев. Все три великие акта творения — Вселенной, Жизни, Разума — необъяснимы на основе законов, открытых наукой. Изучение фактов и теорий показывает, что вселенская машина не может работать самостоятельно в нужном режиме, ей необходим «Садовник».

Создатель и смотритель Вселенной — кто он? Бог, стоящий над миром.

Теория струн и чёрные дыры

Чёрная дыра. Название, устрашающее само по себе, относится к объектам Вселенной, которые своим существованием опровергают все представления о незыблемости материи в её привычной форме... Что это такое? Да и существуют ли они? Как материя может обладать "бесконечной плотностью"?

Считается, что сверхмассивные чёрные дыры (чем бы они ни являлись) с их колоссальной гравитацией "держат" целые галактики, в некоторой степени предохраняя их от разлёта. Наша Галактика также содержит в центре чёрную дыру (если не наоборот - дыра "содержит" всю Галактику), при этом с ней связан весьма странный феномен - а именно, крайне низкая активность.

Чёрная дыра на диете

По данным Европейского космического агентства и профессора Московского института космических исследований, порядка 350 лет назад чёрная дыра в центре нашей Галактики активно исторгала из себя энергию, а сейчас находится в странной спячке: окружающий её газ излучает не сильнее, чем любая среднестатистическая звезда, такая как Солнце. В других галактиках, как правило, наблюдаются сверхъяркие "чёрные дыры" (точнее, сверхъярким является газ, пожираемый чёрной дырой, разогревающийся и ускоряющийся при сближении с нею).

Откуда взялась цифра "350 лет назад"? Ну, во-первых, сюда надо приплюсовать значение расстояния от Земли до центра Галактики (а это около 30 тысяч световых лет). Просто речь идёт об излучении, которое регистрируется на Земле.

Так вот, на расстоянии 350 световых лет от чёрной дыры, которую называют объектом Стрелец А*, располагается водородное облако Стрелец Б2 (Sagittarius B2). В настоящее время астрономы регистрируют чрезвычайно высокоэнергетическое рентгеновское излучение, исходящее из этого облака. Единственным разумным объяснением этого феномена учёные полагают высокоэнергетический выброс гамма-лучей из нашей чёрной дыры. Наблюдения, осуществлённые с помощью орбитальной рентгеновской обсерватории Integral, доказывают, что это предположение справедливо.

По всей вероятности, чёрная дыра Стрелец А* в течение 10 лет исторгала из себя потоки энергии - в количествах достаточных, чтобы сравниться по яркости с целыми галактиками. По мнению Михаила Ревнивцева из Московского института космических исследований РАН, каждую секунду чёрная дыра пожирала до 10 в 12 степени тонн газа и пыли. Почему это прекратилось, неизвестно. Астрономы полагают, что подобное может повториться в любой момент.

Война теорий

Общепринятая сейчас теория чёрных дыр, выдвинутая сорок лет назад физиком Джоном Уилером, гласит, что после "выгорания" звезды, её останки сжимаются с такой силой, что сила притяжения превышает силу отталкивания, и в результате остаётся сингулярность: точка в пространстве, где материя находится в состоянии "бесконечной плотности". Сингулярность окружает так называемый "горизонт событий", гипотетическая граница, которую не способны преодолеть оказавшиеся внутри неё материя и энергия. Они "втягиваются" в чёрную дыру и навсегда остаются внутри.

Это-то "навсегда" и вызывает вопросы.

В 1975 году крупнейший теоретик чёрных дыр Стивен Хокинг из Кембриджского университета установил (правда, лишь теоретически), что чёрные дыры медленно, но неизбежно истаивают. В соответствии с законами квантовой механики, пары "виртуальных" частиц и античастиц постоянно бурлят в пустом пространстве. Хокинг показал, что гравитационная энергия чёрных дыр может передаваться "виртуальным" частицам у самого горизонта событий. В этом случае "виртуальные" частицы становятся реальными и выходят за пределы горизонта вместе с позитивной энергией в форме "излучения Хокинга". Таким образом, со временем чёрная дыра испаряется.

Однако такой взгляд приводит к "информационному парадоксу". Получается, что согласно теории относительности, информация о материи, попадающей в чёрную дыру, теряется, тогда как квантовая механика утверждает, что информация может в итоге вырваться наружу.

Хокинг на это отметил, что хаотичная натура "излучения Хокинга" означает, что энергия вырывается наружу, а информация нет. Однако в прошлом году он изменил своё мнение - и это лишь один из пунктов пересмотра современной наукой всех своих взглядов на чёрные дыры.

Дело в том, что сейчас теоретики пытаются "примерить" на чёрные дыры (и все теоретические неувязки, связанные с ними) популярную теорию струн. New Scientist пишет, что теория струн сейчас - это лучшая попытка объединить общую теорию относительности и квантовую механику, поскольку сами струны несут в себе гравитационную силу, а их вибрация является случайной, как и предсказывает квантовая механика.

В середине девяностых Эндрю Стромингер и Камран Вафа из гарвардского университета решили подойти к проблеме информационного парадокса путём определения, как чёрная дыра может быть устроена изнутри.

Выяснилось, что теория струн дозволяет выстраивание исключительно плотных и мелкомасштабных структур из самих струн и других описываемых теорией объектов, часть из которых имеют более трёх измерений. И эти структуры вели себя как раз как чёрные дыры: их гравитационная тяга не выпускает наружу свет.

Количество способов организации струн внутри чёрных дыр, - просто огромно. И, что особо интересно, эта величина полностью совпадает с величиной энтропии чёрной дыры, которую Хокинг и его коллега Бекенштейн рассчитали ещё в семидесятые годы.

Однако определение количества возможных вариантов сочетания струн - это ещё не всё. В прошлом году команда Самира Матура из Университета штата Огайо взялась за прояснение вопроса возможного расположения струн внутри чёрной дыры. Выяснилось, что почти всегда струны соединяются так, что образуют единую - большую и очень гибкую - струну, но куда большего размера, нежели точечная сингулярность.

Группа Матура вычислила физические размеры нескольких "струнных" чёрных дыр, (которые участники группы предпочитают называть fuzzballs - "пуховыми шариками", или stringy stars - "струнными звёздами"). И с удивлением обнаружили, что размеры этих струнных образований совпадали с размерами "горизонта событий" в традиционной теории.

В связи с этим Матур предположил, что т.н. "горизонт событий" на самом деле представляет собой "пенящуюся массу струн", а не жёстко очерченную границу.

И что чёрная дыра на самом деле не уничтожает информацию по той причине, например, что никакой сингулярности в чёрных дырах просто нет. Масса струн распределяется по всему объёму до горизонта событий, и информация может храниться в струнах и отпечатываться на исходящем излучении Хокинга (а следовательно выходить за порог событий).

Впрочем, и Вафа, и Матур признают, что эта картина носит весьма предварительный характер. Матуру ещё предстоит проверить, как его модель подходит к крупным чёрным дырам, или понять, как чёрные дыры эволюционируют.

Ещё один вариант предложен Гэри Горовицем из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре и Хуаном Малдасеной из принстоновского Института передовых исследований. По мнению этих исследователей, сингулярность в центре чёрной дыры всё-таки существует, однако информация в неё просто не попадает: материя уходит в сингулярность, а информация - путём квантовой телепортации - отпечатывается на излучении Хокинга.

Mногие физики оспаривают данную точку зрения, отвергая возможность мгновенного перехода информации.

В любом случае, всё это лишь теоретические выкладки, и ничего более.

Однако в Женеве планируется ввести в действие Большой адронный коллайдер, самый мощный на Земле ускоритель частиц. В этом ускорителе протоны будут сталкиваться с энергией до 14 на 10 в 12 степени эВ, чего, по мнению учёных, будет достаточно для того, чтобы создавать несколько микроскопических чёрных дыр каждую секунду, если некоторые нынешние теоретические выкладки окажутся верными.

Чёрных дыр не существует?

Как сообщается в Science, если последние расчёты теоретиков окажутся правильными, Вселенная нам покажется ещё более странной. Учёные из Case Western Reserve University в Кливленде, Штате Огайо, построили математические модели, которые показывают, что чёрные дыры не могут существовать. Полученные данные, если они подтвердятся, могли бы решить парадокс, который озадачивал физиков в течение 4 десятилетий.

Что представляет собой чёрная дыра на поверхности — не представляет вопросов. Это место, где гравитация становится настолько сильной, что за её пределами уже не выпускает свет. Именуют эту граничную зону — горизонтом событий.

Все известные модели и расчёты подтверждают эту теорию, но они также и показывают, что в момент проваливания в чёрную дыру любой частицы высвобождается энергия, которая излучается во внешнее пространство. Так чёрная дыра испаряется. Это испарение — длительный процесс, но всё же конечный. Но как же это происходит, если чёрную дыру не может покинуть ничто?

Физик Лоренс Кросс и его коллеги из Case Western Reserve University в Кливленде думают, что они нашли ответ на парадокс. В статье, опубликованной в Physical Review D они представили длинную математическую формулу, которая показывает, в действительности, что чёрные дыры не могут сформироваться вообще.

Ключ решения в релятивистском эффекте времени. Как предсказывает Теория Относительности Эйнштейна, со стороны любого наблюдателя, попадающего в чёрную дыру, будет казаться, что он ускоряется, в то время как внешний наблюдатель будет видеть, что объект, падающий в чёрную дыру, замедляется. Когда объект достигает горизонта событий, со стороны внешнего наблюдателя он там замирает и остаётся навсегда, так никогда и не упав в дыру.

В действительности, Кросс говорит, что время останавливается в том месте, означая, что время бесконечно для чёрных дыр. Если чёрные дыры излучают свою массу в течение долгого времени, то они должны испариться прежде, чем они даже сформируются. Это похоже на выливание воды в стакан, который не имеет никакого дна. В основном, физики спорили по вопросу об этом парадоксе в течение 40 лет.

На вопрос о том, почему же во Вселенной находят множество объектов, схожих с чёрными дырами, Кросс говорит, что реально этих чёрных дыр никто не видел. Есть некие объекты с большой силой притяжения, но как они выглядят никто не знает.

Так что же такое чёрная дыра? — это дыра или сфера с огромной массой, сжатой до критического радиуса? И полая ли сфера?

Физики почти обнаружили тёмную материю

Физики, работающие на эксперименте Cryogenic Dark Matter Search (CDMS), обнародовали данные по тёмной материи. По словам исследователей, им удалось зарегистрировать частицы загадочной субстанции с вероятностью примерно 0,75. Объявление было сделано во время специально организованного доклада учёных в Стэнфордском университете. Текстовую трансляцию доклада можно посмотреть здесь.

О том, что у учёных, работающих на CDMS, что-то получилось, стало известно 10 дней назад. Тогда слухи о возможной регистрации тёмной материи просочились в интернет. Изначально даже сообщалось, что статья исследователей принята к публикации в Nature и это косвенно указывает на существенность открытия, однако представители журнала поспешили опровергнуть слухи.

Выяснилось, что в период с 2007 по 2008 год исследователям удалось зарегистрировать два события, которые могут расцениваться как случаи регистрации слабо взаимодействующих массивных частиц (Weakly Interactive Massive Particles, WIMP). По словам исследователей, собранные данные позволяют говорить об обнаружении тёмной материи с вероятностью 3/4. Они подчёркивают, "чтобы попасть в Стокгольм" (имеется в виду получить Нобелевскую премию), необходима степень уверенности в 99 процентов.

По словам учёных, столь невысокая результативность объясняется не только тем фактом, что частицы тёмной материи почти не взаимодействуют с обычной материей, но и наличием высокого уровня шума. Детекторы исследователей представляют собой охлажденные почти до абсолютного нуля диски из германия и кремния, расположенные на глубине примерно 747 метров в бывшем железном руднике в Миннесоте. Шум в них создают частицы обычной материи.

Сами исследователи подчёркивают, что повод для оптимизма есть. Дело в том, что в 2008 году сотрудники CDMS уже публиковали работу, в которой приводились результаты работы за 2006-2007 годы. Тогда учёным не удалось обнаружить никаких частиц. Регистрация двух событий (хотя статистика предсказывает, что их должно быть пять за двухлетний период) показывает, что калибровка детекторов идёт успешно.

Кроме этого, в настоящее время над регистрацией частиц тёмной материи работают более совершенные детекторы — например, итальянский XENON100 и британский Zeplin-III. По мнению специалистов, подтверждение регистрации частиц тёмной материи может состояться "в ближайшие месяцы".

Тёмная материя изначально появилась как абстракция, необходимая для объяснения движения звёзд и галактик. Считается, что большая часть материи во Вселенной является тёмной, то есть не принимает участие в электромагнитном взаимодействии.

Астрономы обнаружили галактики-призраки в окрестности Млечного Пути

Астрономы выяснили, что в окрестности Млечного Пути может существовать целая популяция галактик-призраков, которые до сих пор не были обнаружены. Статья учёных ещё не принята к публикации, однако её препринт доступен на сайте arXiv.org.

Расчёты астрофизиков показывают, что неяркие карликовые галактики в окрестности Млечного Пути могут быть вне пределов "зрения" современных телескопов. В частности, если эти объекты состоят из звёзд, которые достаточно слабо взаимодействуют между собой. В этом случае анализ наблюдений с телескопов не позволил бы отнести светила к одному скоплению.

По словам учёных, обнаружение подобных галактик поможет прояснить эволюцию звёздных скоплений. В частности, каким образом происходит формирование скоплений: от малых к большим или наоборот. Астрофизики подчёркивают, что введение в эксплуатацию космических инструментов нового поколения позволит обнаруживать подобные галактики-призраки.

Самыми известными из видимых карликовых галактик в окрестности Млечного Пути являются Магеллановы Облака. Совсем недавно учёным, работающим с орбитальным телескопом "Хаббл", удалось получить замечательные снимки туманности Тарантул (30 Doradus Nebula).

Тёмная звезда убивает всё живое на Земле

Американские физики Эдриан Мелот и Ричард Бэмбах решили реконструировать некоторые параметры возможной орбиты Немезиды — гипотетической тёмной звезды, обращающейся вокруг Солнца. Цель учёных — понять, влияет ли она на периодические вымирания видов на Земле. Тему для «Правды.Ру» комментирует кандидат физико-математических наук Мария Лукичева.

Ещё в XX веке некоторые астрономы, изучая небесные светила главной последовательности, обнаружили, что среди них преобладают двойные звёзды. Учёные в связи с этим высказали предположения о том, что Солнце, являясь типовой звездой, также должно относиться к компонентам двойной системы. Так появилась теория существования Немезиды — гипотетического спутника Солнца, невидимого с Земли.

Правда, в настоящее время наука отрицает существование у Солнца звезды-спутника. В связи с чем был высказан ряд встречных гипотез. Одна из них подразумевает, что мифическая Немезида не смогла сформироваться из первичного газопылевого облака. Вместо её образовались планеты-гиганты.

Интересно, что гипотеза появления Немезиды и её "фатальное" имя потребовалась изначально для того, чтобы объяснить цикличность периодов массовой гибели практически всего живого на нашей планете.

Это означает, что очередное свидетельство существования Немезиды в реальности может иметь чрезвычайно важные последствия для понимания нами не только истории Земли, но и наших собственных судеб в дальнейшем.

Вспомните, ведь за последние полмиллиарда лет жизнь на нашей планете не раз подвергалась серьёзной опасности. Ископаемые останки свидетельствуют о происходящих время от времени случаях массового вымирания видов. Особенно странно, что это случается с настораживающей периодичностью.

Такое положение дел вызывает массу дебатов среди палеобиологов: действительно, все выглядит так, будто каждые 26-27 миллионов лет нечто вызывает к жизни невероятные деструктивные силы, убивающие все живое. Вопрос в том — что и почему?

Помимо влияния Немезиды, такой цикличности учёные дают и другие, казалось бы, даже более рациональные объяснения. Например, прохождение Земли вместе со всей Солнечной системой через разные спиральные рукава Млечного Пути. К сожалению, расчёты показывают, что периодичность этого движения не совпадает с массовым вымиранием на нашей планете живности.

Сторонники существования Немезиды — Марк Дэвис из университета Калифорнии в Беркли и его коллеги — предложили свою гипотезу ещё в 1984 году. Тогда ещё учёные утверждали, что наше Солнце, являясь двойной звездой, имеет своего незримого компаньона, обращающегося вокруг него по умеренно вытянутой орбите на расстоянии около двух световых лет.

По их мнению, приближаясь к Солнечной системе, эта звезда проходит сквозь облако Оорта — область "заселённую" миллионами ядер комет, вызывает в нём гравитационные возмущения. В результате во внутренние районы Солнечной системы выбрасываются тысячи комет, а на Земле начинается настоящий кометный дождь, который и приводит к массовой гибели.

Гипотеза эта ранее не имела широкого распространения, но недавно американские физики Эдриан Мелот из университета Канзаса и Ричард Бэмбах из Национального музея естественной истории, решили обратиться к ней и попробовать на основе данных о периодическом вымирании видов на Земле реконструировать некоторые параметры возможной орбиты таинственной Немезиды. Результат оказался довольно неожиданным.

Для начала учёные собрали воедино огромный массив информации о древних периодах вымирания за последние 500 миллионов лет — вдвое больший период, чем охватывали предыдущие исследования. Из этих данных периодичность в 27 миллионов лет была подтверждена с надёжностью 99 процентов.

На первый взгляд, периодические встречи с "тёмной звездой" отлично объясняют эту цикличность. "Ранее замеченные нами особенности в распределении вымираний подтвердились. Мы обнаружили, что они происходили с чрезвычайной регулярностью в последние 0,5 миллиарда лет", — сообщают исследователи в статье на physics arXiv blog.

Однако именно эта регулярность, по их мнению, делает неверной гипотезу об убийственной роли Немезиды. Движение этой гипотетической звезды по орбите неминуемо сопровождалось бы искажением под влиянием гравитации ближайших звёзд, и случаи вымирания не происходили бы по такому точному расписанию.

Влияние это, согласно исследованиям Мелота и Бэмбаха, могло проявиться двумя вариантами — либо внезапным появлением на диаграмме массовых вымираний дополнительного пика (или пиков), либо смещением всего периодичного цикла. Но палеонтологические данные свидетельствует, что, несмотря ни на что, никаких нарушений регулярности за последние 500 миллионов лет не наблюдается.

Вообще, в нашем космическом окружении, испытывающем влияние то появляющихся вблизи, то исчезающих крупных объектов и тел, вряд ли можно придумать столь регулярную причину. Словом, за периодичность массового вымирания ответственно нечто иное. Возможно, причина находится гораздо ближе. Где именно, учёным ещё предстоит выяснить.

О загадочной планете рассказала старший научный сотрудник Лаборатории физики Солнца и радиоастрономии (СПбГУ), кандидат физико-математических наук Мария Лукичева:

"Гипотез о существовании звезды Немезиды много. Одни учёные предполагают, что она является протозвездой, в недрах которой не начались термоядерные процессы, и в настоящее времени она уже считается остывшей. Другие придерживаются мнения, что она быстро израсходовала свой запас термоядерного потенциала и поэтому к настоящему времени также остыла.

Настораживает в данной гипотезе то, что не было приведено ни единого факта, которые подтвердили бы существование фатальной звезды-компаньона. Эта гипотеза отвечает всем критериям мифа. Звёзды, которые намного меньше Солнца и которые с трудом можно разглядеть, коричневые или чёрные карлики, массивность которых столь мала, что они не способны зажечь свечение, — даже эти объекты были бы замечены нами.

Нельзя, конечно, отрицать возможность того, что Немезида уже числится в одном из списков слабых звёзд, которую попросту упустили из виду, поскольку она в момент исследования не представляла никакого интереса для учёных. Но если всё-таки существование этой звезды будет доказано, то немногие стали бы сомневаться в том, что она и является первичной причиной вымирания динозавров на Земле.

В связи с этим результаты миссии зонда New Horizons, направившегося в хранящий тайну Немезиды пояс Койпера, с нетерпением продолжает ждать всё человечество".

Внутри Юпитера нашли другую планету

Учёные из Пекинского и Калифорнийского университетов сделали, можно сказать, сенсационное открытие. По результатам компьютерного моделирования Юпитер в прошлом «проглотил» небесное тело, которое по массе в 10 раз превышает Землю. Об этом пишет km.ru.

Проведя расчёты, учёные пришли к выводу, что когда-то в Солнечной системе было гораздо больше планет, чем сейчас, и среди них находились т.н. «суперземли» — планеты, масса которых превышает земную в 3-10 раз. Эти «суперземли», столкнувшись в прошлом с газовыми гигантами, стали их ядрами. По мнению учёных, внутри Юпитера и Сатурна скрыто по планете, и именно в этом кроется разгадка парадокса «Юпитер примерно в три раза тяжелее Сатурна, но ядро Сатурна втрое тяжелее ядра Юпитера». Считается, что первое весит, как 15-30 «Земель», второе — около 10.

По мнению учёных, столкновения с телами большего или меньшего размера пережили все планеты Солнечной системы, в т.ч. и наша Земля, от которой нечто массивное откололо Луну.

Квазар - Самый смертоносный объект во Вселенной