Вселенная

Майкл Тернер (Michael S. Turner) первым взялся за объединение физики частиц, астрофизики и космологии и в начале нынешнего десятилетия возглавил работу Национальной академии в этой новой области исследований. Он профессор Института космологической физики Фонда Кавли в Чикагском университете. он возглавлял отделение физико-математических наук Национального научного фонда. Среди его наград премия Уорнера Американского астрономического общества, премия Лилиенфельда Американского физического общества и премия Клопстега Американской ассоциации учителей физики. Если бы во Вселенной было еще больше темной энергии, она бы осталась почти бесформенной (слева), без тех крупных структур, которые мы видим (справа). Идея множественной Вселенной еще находится в развитии и нацелена на две важнейшие теоретические проблемы.

Каждая последовательность начинается с большого взрыва, за которым следует инфляция и последующее расширение. Однако Пол Стейнхардт считает, что его теория «новой инфляции» ни к чему не приводит и не предсказывает, и утверждает, что понятие мультивселенной является «фатальным недостатком» и неестественным. Теория утверждает, что инфляционная фаза Вселенной продолжается вечно; это не конец для Вселенной в целом.

Веттерих утверждал, что Вселенная, которую мы знаем сегодня, на самом деле могла начаться как холодная и разреженная, пробудившаяся от долгого замораживания. Со временем фундаментальные частицы в ранней Вселенной стали тяжелее, а гравитационная постоянная уменьшилась. Первая выдающаяся теория плазменной Вселенной была предложена лауреатом Нобелевской премии Ханнесом Альвеном в конце 1960-х годов. Позже к нему присоединился шведский физик-теоретик Оскар Клейн для разработки модели Альфвена – Клейна. На наше нынешнее понимание Вселенной в основном влияет гравитация, в частности Общая теория относительности Эйнштейна, с помощью которой космологи объясняют природу Вселенной. По совпадению, как и большинство других вещей, ученые на протяжении многих лет рассматривали альтернативу гравитации. Когда команда смоделировала коллапс 4-D звезды, они обнаружили, что выброшенные обломки умирающей звезды, скорее всего, образуют three-D мембрану вокруг этого 3-мерного горизонта событий.

Но квазары существуют только на этих больших расстояниях – ни один не найден ближе. Если теория устойчивого состояния верна, то должны быть и молодые, и старые квазары. Поскольку астрономы не обнаружили квазаров, которые образовались в последнее время, они приходят к выводу, что Вселенная со временем изменилась. Открытие квазаров поставило теорию устойчивого состояния под вопрос. В результате этого столкновения было выброшено много каменистых пород мантии Земли и каменистых пород задевшего нашу планету небесного тела.

Так что, возможно, есть нераспознанные галактики «или какой-то другой источник света, о котором мы еще не знаем». «На изображениях запечатлено то, что можно назвать пустым небом. Но вам понадобится место, где не будет много ярких звезд в кадре или даже за его пределами, чтобы камера не улавливала этот свет» — Тод Лауэр. Этим и решила воспользоваться группа астрономов, в том числе Тод Лауэр из Национальной оберватории Китт-Пик в Аризоне, чтобы попытаться выяснить, насколько космос темный, если исключить свет от звезд и галактик. В этом году был запущен европейский спутник, который измерит еще с большей степенью точности.

Во-первых, из уравнений, описывающих инфляцию, следует, что если она произошла один раз, то процесс будет происходить вновь и вновь, порождая бесконечное число «раздутых» областей вулкан24. Они так велики, что не могут сообщаться друг с другом и поэтому не влияют друг на друга. Во-вторых, теория струн указывает, что эти области имеют разные физические параметры, такие как число пространственных измерений и семейства стабильных частиц. Эволюция Вселенной происходит в резуль- тате расширения пространства. Поскольку пространство растягивается, как оболочка воздушного шарика, галактики удаляют- ся друг от друга, а световые волны удлиняются (краснеют). Будущее Вселенной определяется темной энергией — неизвестной формой энергии, ко- торая служит причиной ускорения космологического расширения, начавшегося несколько миллиардов лет назад.

В течение шести месяцев после создания уравнений поля Эйнштейн написал статьи о гравитационных волнах. Это произошло за сто лет до того, как эти волны были непосредственно обнаружены (см. главу four). Существование черных дыр также было предсказано вскоре после опубликования общей теории относительности (см. главу 3). В книгах этой серии собраны мысли ведущих физиков и лучшие статьи, опубликованные в журнале New Scientist. Они познакомят вас с последними достижениями в области теории относительности Эйнштейна и с тем влиянием, которое идеи относительности оказали на наше восприятие Вселенной. Майкл Дафф – почетный профессор теоретической физики в Имперском колледже Лондона, основоположник теории супергравитации.

Это уже длины волн, сравнимые с размером орбиты Земли. Фактически, количество света, исходящего от таинственных источников, было примерно равно количеству света, исходящего от известных галактик, говорит Марк Постман, астроном из Научного института в Балтиморе.

Неясность с происхождением элементов и ядерным синтезом стала одной из причин, по которой в том же 1948 году Германом Бонди, Томми Голдом и Фредом Хойлом была выдвинута альтернатива Большому взрыву — теория стационарной Вселенной. Несмотря на то, что Гамов вместе с коллегами сделал ключевой шаг в космологии уже потому, что впервые доказал возможность проведения научных расчетов в рамках теории Большого взрыва, оставались белые пятна. Вопрос происхождения всех элементов, помимо водорода и гелия, висел в воздухе. Гамов вместе со своим аспирантом Альфером выяснил, что получить так гелий действительно несложно. Однако более тяжелые элементы, которые тоже присутствуют во Вселенной, просто не успели бы сформироваться — Вселенная остыла б раньше, чем бы завершился процесс. Никогда не сомневавшийся в своих силах ученый заявил, что его теория объясняет происхождение 99% видимой Вселенной, так что остальное — всего лишь детали, которые можно оставить для выяснения другим исследователям.

Все слышали о теории Большого взрыва, которая объясняет (по крайней мере, на данный момент) зарождение нашей Вселенной. Однако в ученых кругах всегда найдутся желающие оспорить идеи — из этого, кстати, нередко и вырастают великие открытия. Ранее физики считали, что на ранней стадии Вселенной, сразу после Большого взрыва, аксионное поле было статичным и начало колебаться при охлаждении Вселенной. Стационарная модель утверждает, что наблюдаемая Вселенная остается неизменной в любом месте и в любое время. Во Вселенной, которая вечно расширяется, материя непрерывно создается, чтобы заполнить пространство. Согласно индуистской мифологии, Вселенная следует бесконечной циклической модели.

Только в этом случае они смогут быть ответственными за те эффекты, которые сейчас традиционно объясняются темной материей. Но тогда макросы отклоняли бы свет, идущий к Земле от звезд, то есть создавали бы эффект гравитационного линзирования. Эти кварки могут вырастать в большие аморфные пузыри, собирая все больше и больше новых частиц в небольшом объеме.