Читать книгу "Вселенная на ладони - Колин Стюарт"

Сверхновая, известная как SN 1994D, взрывается в галактике NGC 4526. Обратите внимание на то, что единичный взрыв может светиться так же ярко, как возбужденное ядро всей галактики

Снимок 1998–1999 годов аналеммы, изображенной на стекле витрины офиса Лабораторий Белла, Мюррей Хилл, Нью Джерси; статья Дж. Фисберна в Английской «Википедии».

Для того чтобы рассчитать расстояние до галактики, в которой произошел взрыв звезды, все, что вам нужно сделать, это сравнить, насколько яркой она кажется на небе, с тем, какой яркой она должна быть фактически (отношение ее видимой звездной величины к абсолютной звездной величине). Чем больше разница, тем в большей степени свет потускнел за время своего долгого путешествия к Земле.

В 1998 году две команды, работавшие над историей расширения Вселенной, опубликовали свои результаты, основанные на измерениях сверхновой типа Ia. К крайнему удивлению всех, они обнаружили, что расширение Вселенной, как оказывается, ускоряется. В 2011 году все трое ученых, сделавшие это открытие, были награждены Нобелевской премией в области физики.

Темная энергия

Создается впечатление, что после Большого взрыва скорость расширения Вселенной сначала уменьшалась, как ожидалось, но примерно 6 миллиардов лет назад она внезапно начала снова увеличиваться. Никто не видел, как это произошло, и это продолжает озадачивать.

Очевидно, здесь имеется некая сущность со все подавляющей гравитацией, которая активно отодвигает галактики, удерживая их на расстоянии друг от друга. Влияние этой загадочной сущности должно быть довольно незначительным на заре Вселенной, но по мере старения оно возрастало. Астрономы называют эту теневую антигравитацию темной энергией в том же смысле, что и невидимую темную материю, которая склеивает галактики, удерживая их вместе. Астрономы полагают, что наша Вселенная в настоящее время на 68 % состоит из темной энергии и на 27 % – из темной материи. Атомы, образующие обычное вещество – то, из чего состоим мы с вами, – составляют всего 5 %.

Темная энергия в действительности является общим обозначением для целой категории сущностей, так как о ней мы знаем еще меньше, чем о темной материи. Самой распространенной концепцией этой сущности является нечто, называемое вакуумной энергией, и с этой концепцией мы сталкивались несколько раз до этого. Пустое пространство на самом деле никогда не бывает действительно пустым; здесь всегда присутствуют виртуальные частицы, начинающие и завершающие свое существование. Среднее количество этой вакуумной энергии в данной области космического пространства всегда остается одинаковым. На раннем этапе развития Вселенной разрыв между галактиками был незначительным, поэтому вакуумной энергии вокруг было не так много. Однако движущая сила Большого взрыва со временем расширила пространство между галактиками. Большее пространство соответствует большей вакуумной энергии. В итоге пространства оказалось так много, что отталкивающая сила вакуумной энергии преодолела затухающее гравитационное тяготение и Вселенная начала ускоряться.

Эта концепция может казаться беспроблемной и тщательно выстроенной, однако в ней имеются свои зияющие дыры. В соответствии с законами квантовой физики, количество энергии в вакууме должно быть в 10120 раз больше, чем мы наблюдаем. Это один со ста двадцатью нулями после него! Если бы темная энергия была всего-навсего вакуумной энергией, тогда вселенную давно разорвало бы на части. Это еще один пример фундаментальных противоречий между квантовой физикой и общей теорией относительности. Возможно, нам придется подождать появления теории всего, прежде чем мы получим в руки инструменты понимания темной энергии.

Большой разрыв

Если темная энергия приводит к ускорению расширения Вселенной, тогда результаты, о которых говорилось ранее, ошибочны. Зато космическое пространство будет продолжать растягиваться со всё большим ускорением. Больше пространства будет означать больше темной энергии, что будет соответствовать все большему ускорению расширения. Это порочный безудержный эффект.

И наконец, пространство между звездами растянется настолько, что преодолеет силу сцепления темной материи, и галактики разлетятся в разные стороны. Пространство между звездами и их планетами в итоге также будет увеличиваться, и Солнечная система вследствие расширения деформируется.

Гравитация – без всяких сомнений самая слабая сила, поэтому такие гравитационно-связанные системы уйдут первыми. Электромагнитные силы, связывающие электроны с ядрами атомов, последуют за ними. Расширение пространства между электронами и ядрами преодолеет эту силу, и атомы разлетятся во все стороны. В конце концов, даже мощная ядерная сила, удерживающая в ядре протоны и нейтроны вместе, не сможет воспрепятствовать подымающейся волне темной энергии.

Развязка всей истории будет состоять в том, что все в этой Вселенной будет разорвано в клочья. Астрономы называют это Большим разрывом. Никаких галактик, никаких звезд, никаких планет, никаких атомов. Огромное, пустое пространство небытия. Вычисления дают основание предполагать, что наша собственная Вселенная перестанет существовать примерно через 22 миллиарда лет, начиная с сегодня.

Заключение

Зрелище звезд всегда заставляет меня мечтать.

Винсент Ван Гог (1888)

Ничто не длится вечно. То, что мы находимся здесь, посреди этой бесконечной Вселенной, которая еще существует, пытаясь проникнуть в ее самые глубинные тайны, – это привилегия, к которой каждый из нас должен относиться с трепетом.

Человечество совершило удивительное астрономическое путешествие. Сначала мы думали, что находимся в центре всего и что Солнце, звезды подчиняются нашей воле. Затем логика и рассуждение отослали нас к обычной планете, вращающейся вокруг обычной звезды в обычной галактике, находящейся в скромном углу колоссальной Вселенной. Эта Вселенная вполне могла бы быть лишь одной из бесчисленного количества других вселенных, и в них любые мыслимые драмы разыгрываются на разных сценах, какие только можно вообразить.

Такие открытия – сами по себе вознаграждение, тем не менее есть люди, которые задаются вопросом, почему мы озабочены исследованиями космоса. Ответ: потому что это у нас в крови. Зашито в ДНК. Наше любопытство вывело нас из Африки и отправило по всему миру, до глубин океанов и вершины горы Эверест. Мы были свидетелями восхода Земли на Луне и заката на Марсе, дошли до края видимой Вселенной. У нас есть стремление узнать, что находится где-то там, за пределами горизонта, раздвинуть границы возможного.

Существует высокая вероятность того, что люди, живущие сегодня, увидят первую миссию, отправившуюся на Марс, и это будет первый раз, когда нога человека ступит на поверхность другой планеты. Сегодняшние школьники – это марсианские колонисты завтрашнего дня, прокладывающие новые пути для человечества по всей Солнечной системе. В предстоящие десятилетия наши телескопы вполне могут обнаружить неопровержимые доказательства того, что мы не одни во Вселенной.