Technologyes World

Прошло более десятка лет со времени открытия ускоренного расширения Вселенной, но до сих пор существование темной энергии остается под вопросом - некоторые космологи переосмысливают фундаментальные постулаты, исходя из которых они смогли прийти к этой гипотезе. Одна из идей родилась на основе размышлений над принципом Коперника, согласно которому Земля не имеет привилегированного положения в космическом пространстве. Если мы не примем это базовое утверждение, то придем к иному объяснению имеющихся наблюдений.

Большинство из нас хорошо знакомы с точкой зрения, что Земля - всего лишь крошечная песчинка на орбите вокруг типичной звезды гдето на краю заурядной во всех отношениях галактики. Находясь среди миллиардов галактик Вселенной, которые, разлетаясь, стремятся к нашему космическому горизонту (так называемому горизонту видимости, которым ограничена наблюдаемая нами часть Вселенной. - Прим. пер.), мы с неизбежностью заключаем, что в нашем расположении нет ничего уникального или избранного. Но какие реальные факты могут подтвердить такую скромность? А если бы мы действительно были в некоей избранной области, то как бы мы смогли распознать это? Астрономы обычно не задаются подобными вопросами, полагая нашу собственную "типичность" достаточно очевидной, чтобы не продолжать дискуссии на данную тему. Многие считают, что нет оснований для поддержки идеи о том, что мы находимся в особой области пространства. Тем не менее именно этой точки зрения придерживается одна группа физиков из разных стран.

Таким образом, опираясь на гипотезу нашей малозначительности во Вселенной, космологи получили свободу делать какие угодно смелые и ни к чему не обязывающие предположения. Например, мы можем экстраполировать результаты наблюдений ближайшей окрестности космоса на всю Вселенную. Больших усилий потребовало создание реалистичных моделей Вселенной, основанных на космологическом принципе, обобщающем принцип Коперника, согласно которому все положения и направления в пространстве выглядят одинаково. Космологический принцип в совокупности с нашими сегодняшними представлениями о пространстве, времени и материи гласит, что пространство расширяется, Вселенная охлаждается, а состав Вселенной определяется ее ранней горячей стадией - и все это основано на наблюдениях.

Так, астрономы открыли, что свет удаленных галактик - более красный, чем свечение расположенных ближе к нам. Эта характеристика, называемая красным смещением, может быть четко и ясно объяснена увеличением длин волн в расширяющемся пространстве. Микроволновые детекторы обнаруживают практически идеально однородный фон реликтового излучения, возникшего в ранней Вселенной. Микроволновое космическое фоновое излучение (или реликтовое излучение) - свидетельство той стадии Вселенной, когда она только что перестала представлять собой плазменный шар, и фотоны получили возможность распространяться свободно. Приятно осознавать, что такой успех в понимании Вселенной обусловлен и нашей скромностью: чем меньше мы задумываемся о собственной значимости, тем больше можем сказать о Вселенной.

Мрак наступает

Тогда к чему раскачивать лодку? Если космологический принцип так успешен, то с какой стати мы должны ставить его под сомнение? Проблема заключается в неоднозначности интерпретации данных астрономических наблюдений. В последнее десятилетие астрономы обнаружили, что для некоторой заданной величины красного смещения взрывы далеких сверхновых выглядят не такими яркими, как ожидалось. Красное смещение - мера расширения Вселенной. Измеряя, насколько сильно приходящее к наблюдателю излучение сверхновой смещено в красную область спектра, космологи могут заключить, насколько мала была Вселенная во время той вспышки по сравнению со своими современными размерами. Чем больше красное смещение, тем меньше была Вселенная, когда возникла сверхновая, и тем больше Вселенная успела расшириться за этот промежуток времени.

Наблюдая вспышку сверхновой, измеряют расстояние до нее, что в свою очередь дает возможность оценить, сколько времени прошло с момента вспышки. Если сверхновая для некоторой заданной величины красного смещения выглядит не такой яркой, как ожидается, то она должна быть дальше, чем полагают астрономы. Потребуется больше времени, чтобы свет такой сверхновой смог достичь наблюдателя, следовательно, Вселенной нужно больше времени, чтобы расшириться до современного состояния (илл. ниже). Таким образом, скорость расширения Вселенной в прошлом должна была быть меньше, чем предварительно ожидалось. В действительности далекие сверхновые довольно тусклы для того, чтобы расширение Вселенной обязательно происходило с ускорением, соответствующим темпам современного расширения.

Ускоренное расширение породило революцию в современной космологии. Материя во Вселенной должна натягивать ткань пространства-времени, замедляя его расширение, но данные по сверхновым указывают на обратное. Если космологи принимают космологический принцип и полагают, что ускоренное расширение происходит одновременно повсюду, то неизбежно заключение, что Вселенная должна быть пронизана особой субстанцией, экзотической энергией, темной энергией, которая порождает отталкивающий эффект.

В Стандартной модели фундаментальных частиц и взаимодействий нет понятия темной энергии. Это субстанция, характеристики которой до сих пор не удается измерить прямыми методами. Она обладает свойствами, не схожими ни с чем, ранее известным, а ее плотность энергии в 10120 раз меньше, чем можно было бы ожидать. Существуют гипотезы о том, из чего может состоять темная энергия, но они довольно спекулятивны. Короче говоря, наши представления о темной энергии темны. Огромное число претенциозных и дорогих наземных и космических миссий заняты изучением темной энергии и ее свойств. Для многих исследователей это очень важная тема, лежащая в основе всей современной космологии.