Терри Пратчетт - Наука Плоского мира. Книга 4. День Страшного Суда
Третья проблема возникла в 1998 году, когда обнаружилось, что расширение Вселенной ускоряется. Это как раз соответствует положительной (ненулевой) космологической постоянной. Открытие, получившее Нобелесвкую премию по физике в 2011 году, было сделано исследовательской группой High-z Supernova в результате наблюдений за красным смещением в сверхновых типа la.
С этими проблемами космологи в основном справляются путём «прикручивания» трёх дополнительных предположений. Во-первых, это «инфляция», в ходе которой Универсум увеличился до грандиозных размеров за чрезвычайно короткое время. Цифры просто поражают воображение: в промежуток от 10-36 до 10-32 секунд после Большого взрыва объём Вселенной вырос по крайней мере в 1078 раз. Причиной такого быстрого роста, куда более впечатляющего, чем хлипенький Большой взрыв, стало, как мы уже сказали, инфлатонное поле. (Не «инфляционное», обратите внимание, а «инфлатонное». Инфлатон – это… ну, в общем, такое квантовое поле, вызывающее инфляцию.) Причём данные многих наблюдений прекрасно вписываются в эту теорию. Загвоздка лишь в том, что нет никаких доказательств существования инфлатонного поля.
Для разрешения проблемы кривой вращения галактик космологи предложили так называемую тёмную материю. Это форма материи, которую нельзя наблюдать по испускаемому излучению, потому что она его не испускает вообще или же испускает слишком мало, чтобы мы могли его «засечь». В общем-то, идея, что большую часть материи, существующей во Вселенной, мы наблюдать не можем, выглядит вполне логично. Однако наводит на мысль, что тёмная материя, чем бы она ни являлась, состоит не из известных нам фундаментальных частиц. Эта какая-то чуждая землянам форма материи, взаимодействующая со всем остальным Универсумом посредством гравитации. Никаких таких частиц никогда не наблюдалось, хотя имеются несколько конкурирующих гипотез насчёт их природы. Главным кандидатом на роль подобных частиц являются вимпы – слабо взаимодействующие массивные частицы. Но, несмотря на массу теоретических спекуляций, истинная природа тёмной материи пока ещё никому не далась.
Итак, ускорение расширения Вселенной относят именно на счёт «тёмной материи», остающейся не более чем названием для «штуковины, увеличивающей скорость расширения Вселенной». Справедливости ради заметим, к названию прилагается подробное описание свойств этой материи и разнообразные догадки о её возможной сути. В основе одного из таких предположений лежит именно космологическая постоянная Эйнштейна.
До недавнего времени описанная троица «богов из машины» успешно устраняла расхождения между наивной теорией Большого взрыва и всё усложняющимися результатами наблюдений. Невзирая на то, что все три предположения взяты с потолка и не имеют независимого экспериментального подтверждения (кроме разве что фактов, для объяснения которых они, собственно, и были выдуманы), их введение в физику прагматично оправдывалось тем, что они, мол, работают, тогда как всё остальное – нет. Однако сейчас растёт понимание того, что первое из этих предположений расползается по швам, чего, увы, нельзя сказать о втором. Всё возрастающее число космологов подозревают, что три «бога из машины» – это по крайней мере на два больше, чем требуется.
Стало ясно, что если инфлатонное поле и существует, его нельзя «включить» разок для нашего удобства и «выключить», когда надобность в нём отпадает, как делается в традиционных объяснениях структуры Вселенной. Напротив, инфлатонное поле может действовать многократно, в любом месте пространства и в любое время. Это ведёт к модели, получившей название «хаотическая инфляция». Согласно последней наша область Вселенной – это не более чем один раздувшийся «пузырь» в ванне, полной космической пены. Новый виток инфляции может начаться нынче же вечером прямо в вашей гостиной, моментально надув телевизор и кота с коэффициентом 1078.
Другая проблема в том, что почти все модели инфляционных вселенных не совпадают с наблюдаемой реальностью, а если начать сужать исходные данные, подгоняя их под реальность, то с тем же успехом можно взять за основу и неинфляционную модель. Роджер Пенроуз считает, что подходящие исходные условия, не требующие инфляции, превосходят инфляционные в гуголплекс раз: 1010, возведённое в сотую степень. То есть объяснения, не связанные с инфляцией, пусть и требуют крайне маловероятных начальных условий, бьют инфляционные количеством.
На протяжении всего времени существования стандартной теории находились вольнодумцы, пытавшиеся найти ей альтернативу. Теперь даже её приверженцам ясно, что кое-что надо бы переосмыслить. Недостатка в идеях, как всегда, нет. В некоторых моделях Большого взрыва нет; вместо него предлагается возрождение статичной Вселенной с распределёнными соответствующим образом агломератами материи, способной существовать сотни миллиардов лет, а может быть, даже вечно. Красное смещение, в таком случае, вызывается не расширением, а гравитацией. Необходимость в тёмной материи для объяснения кривой вращения галактик также отпадает, её вполне заменяет релятивистское инерциальное увлечение, при котором вращающаяся материя увлекает за собой и пространство.
Выдвигаются даже более радикальные идеи, например предложение слегка модифицировать либо теорию гравитации, либо теорию движения. В 2012 году нобелевский лауреат по физике Мартинус Вельтман на вопрос о том, может ли суперсимметрия объяснить тёмную материю, сказал: «Разумеется, нет! Её ищут с 80-х годов и только разводят шумиху. Разве не более вероятно, что мы до сих пор толком не понимаем гравитацию? Астрофизики верят в эйнштейнову теорию гравитации с невероятным пылом. А вы знаете, сколько раз эту теорию проверяли на отдалённых галактиках, где якобы видели тёмную материю? Ни разу»[65].
Одной из наиболее известных гипотез подобного плана выступает модифицированная ньютоновская динамика (MOND), предложенная в 1983 году Мордехаем Милгромом. Основная идея состоит в том, что второй закон движения Ньютона может и не выполняться при сверхмалом ускорении, которое, следовательно, не будет пропорционально силе тяжести, если эта сила слишком слаба. Существует тенденция считать MOND единственной альтернативой ОТО, тогда как более корректным было бы утверждение, что она просто разрекламирована шире остальных. В специальном выпуске журнала Королевского общества, посвящённом космологическим проверкам ОТО, Роберт Колдуэлл[66] писал: «На сегодняшний день кажется вполне логичным, что наблюдения могут быть объяснены с помощью новых законов гравитации». В том же выпуске Рут Дюрер[67] отметила, что доказательства существования тёмной материи несколько слабоваты: «Единственное указание на существование тёмной материи исходит от измерения расстояний и их связи с красным смещением». Остальное, по её словам, просто объясняет, что расстояния, вычисленные по красному смещению, больше, нежели это ожидалось исходя из стандартной космологической модели. Определённо происходит что-то странное, но далеко не обязательно речь идёт о тёмной энергии.
