Большие загадки Большого взрыва

Том Зигфрид

Большой Взрыв. Так родилась Вселенная.

Вселенная очень неплохо себя чувствует для своих 13,7 миллиардов лет.

По результатам исследований, проведенных в марте, беспокоиться нам не о чем. Космос ведет себя именно так, как и ожидают ученые: он подтверждает их любимые теории. Разумеется, ученые беспокоятся не столько о здоровье Вселенной, сколько о подтверждении своих теорий. И в соответствии с последними данными, эти теории здоровее, чем когда-либо.

Данные поступили с орбитальной станции WMAP (станции Вилкинсона), космического аналога ядерного магнитно-резонансного томографа. WMAP сканирует не «мозг» или «кости», а реликтовое излучение, появившееся, когда в результате Большого взрыва возникла наша Вселенная. Из-за того, что излучение рассеивалось по мере расширения Вселенной, его температура, когда-то превышавшая температуру Солнца, сейчас всего на три градуса выше абсолютного нуля (около -270о С). При такой температуре лучи распространяются во всем космосе по принципу микроволнового излучения, как своего рода фон для радиоволн.

В этих микроволнах не приготовишь обед, но зато благодаря им можно открыть тайну далекого прошлого Вселенной. В них всего через 380 миллионов после рождения Вселенной запечатлелись паттерны тогда еще крошечных гранул материи, превратившихся спустя множество эпох в галактики.

Гранулы вызвали небольшие перепады температуры микроволн, зарегистрированные в нескольких точках небесной сферы. Еще менее уловимые паттерны различаются углом ориентации волн микроволнового излучения, такое изменение угла направленности называется поляризацией. (Ориентацию обычного дневного света можно изменить, надев темные очки, а ориентация микроволн определяется прежде всего столкновением с электронами.) Зарегистрированная температура и степень поляризации образуют своего рода карту реликтового неба, отражающую еще юную Вселенную.

И скорее всего, паттерны содержат в себе информацию о крошечных выбросах энергии, которые, когда Вселенная была всего лишь грудой частиц возрастом в одну секунду, устремлялись сквозь пространство. Если так оно и есть, ученые смогут понять, что произошло в момент рождения Вселенной, а также выяснить все особенности проявления Вселенной сегодня.

Всего лишь четверть века назад ученые имели весьма неопределенное представление о возрасте Вселенной, о скорости ее расширения и о соотношении «ингредиентов». Согласно самым точным предположениям, ее возраст определялся от 10 до 20 миллиардов лет, скорость расширения — от 40 до 100 единиц, а «рецепт» был такой: часть обыкновенной материи можно перемешать с другой материей неизвестного вида. Но в какой пропорции — неизвестно.

Благодаря WMAP и некоторым другим исследованиям данные о Вселенной выглядят уже как личное дело спортсмена: «Возраст: 13,7 миллионов лет. Темп роста: 73 единицы». А ее «рецепт» включает три основных компонента: атомы обыкновенные — 4%, неизвестная материя — 22%, неизвестная энергия — 74%. Конечно, цифры могут еще немного измениться, но все же они более-менее точные. По крайней мере, достаточно точные для того, чтобы разрешить многие старые вопросы об особенностях Вселенной. Что вы еще хотите узнать?

Что ж, как и полагается, в настоящей науке ответы рождают новые вопросы. Осталось еще очень много тайн. Космический доктор хотел бы выделить пять главных загадок.

1. Что конкретно произошло во время Большого взрыва? В самой теории вряд ли кто-нибудь сомневается: маленькое раскаленное сверхплотное семя мгновенно разорвалось и превратилось в расширяющийся космический пузырь пространства и времени. Но идея взрыва не отвечает на все вопросы, например: каковы точные модели галактик в космосе? Современное представление о Вселенной имеет смысл, только если первый взрыв сопровождался (через одну триллионную триллионной доли секунды) стремительным расширением (называемым инфляцией).

Космическая одиссея WMAP. В космосе тоже инфляция...

Исходя из полученных WMAP результатов, можно предположить, что колебания микроволн на меньших расстояниях несколько слабее, чем считается в теории инфляции. Но предполагать не значит утверждать, и, как бы то ни было, эти предположения не исключают разные сценарии развития инфляции. В то время как статистические данные однозначно подтверждают теорию Большого взрыва, сопровождаемого инфляцией, сам факт инфляции еще не подтвержден, и как она развивалась, пока остается тайной.

2. Бесконечна ли Вселенная? Пока что все говорит о том, что она бесконечна и постоянно расширяется. Но вероятность ошибки есть. Вселенная может казаться бесконечной, в действительности просто повторяя саму себя. То есть как мы можем без конца путешествовать по экватору Земли, ступая по собственным следам, так же возможно бесконечное странствие сквозь Вселенную, когда мы вновь будем возвращаться к исходной точке. С одной стороны, никакого подтверждения этому найти не удалось, но кто знает…

3. Одна или несколько? Бесконечна видимая Вселенная или нет, есть предположение, что это не единственный пузырь пространства и времени. Если теория инфляции оправдана, тогда весьма вероятно, что несчетное множество других больших взрывов породили другие вселенные. Установить с ними связь или тем более посетить их нет никакой возможности, но вполне вероятно, что их существование является неизбежным следствием существования нашей Вселенной.

4. Что такое темная материя? Ученые полагают, что они знают пропорции состава Вселенной, но, тем не менее, они ничего не знают о некоторых ее компонентах. Например, о темной материи — это, разумеется, не обыкновенные атомы, но какие они, неизвестно. Темная энергия еще более таинственный компонент. Она приводит в действие отталкивающую силу, которая все более ускоряет расширение Вселенной. Среди ученых есть разные мнения на этот счет, но к окончательному выводу они еще не пришли.

5. Почему мы находимся здесь и сейчас? Еще одна тайна рождается в результате отталкивающей силы темной энергии. Каким образом в расширяющейся с постоянным ускорением Вселенной может существовать жизнь? Ведь почти на всем протяжении жизни такой Вселенной космос должен был бы быть темным и холодным, а звезды давно погасли бы. Жизнь могла бы возникнуть, только когда такая Вселенная была бы еще совсем юной, и едва лишь температура Большого взрыва снизилась и стала достаточной для того, чтобы родились звезды. Почему же нам так повезло, если отрезок для возникновения жизни был столь кратким? Есть только один ответ. Возможно, Вселенная таит еще такие загадки, о которых мы даже и не подозреваем.

Подписаться на журнал "Человек без границ"