Само собой, любители всяких альтернативных теорий заговорили об антигравитации. На самом деле всё можно объяснить гораздо проще. Представьте, что из центра вас тянут в две противоположные стороны по пять человек. Если они в среднем обладают одними и теми же физическими параметрами, то вы останетесь на месте. Только будете смещаться в одну из сторон в зависимости от того, прибавилось или убавилось на ней количество тянущих людей. А если на одной из сторон число людей будет больше, чем на другой? Тогда вы сдвинетесь в ту сторону, где их общая масса больше. А теперь представьте, что с одной стороны от вас никого нет. В этом случае вы будете удаляться от пустоты так, будто она вас отталкивает.
Классический электрический диполь из учебника физики. Wikimedia commons
Карта скоростей местной Вселенной размером примерно 2 млрд. световых лет. Желтая стрелка по центру выходит из Местной группы галактик и указывает скорость ее движения примерно в направлении аттрактора Шепли, и точно в противоположную сторону от репеллера (обозначен желтым и серым контуром в правой и верхней области). Yehuda Hoffman et al., 2016
Во Вселенной наблюдается ровно то же самое. Только в роли тянущих на себя выступают галактики и их скопления, которые распределены неравномерно. Именно так и происходит и с нашей галактикой. На противоположной стороне от скопления Шепли находится область, которую учёные назвали Великим Отталкивателем, или Великим Репеллером. Это несколько кубических мегапарсек пространства, необычайно бедно заполненных галактиками, которые не способны компенсировать гравитационное притяжение с противоположной стороны. К сожалению, Великий Репеллер находится в зоне избегания, то есть в области пространства, закрытой от нас нашей собственной Галактикой. Поэтому мы не можем пока узнать, насколько это пространство пустое.
Лишь недавние наблюдения с помощью рентгеновских лучей и радиотелескопов, благодаря которым стало возможным регистрировать излучение, свободно проходящее сквозь газ и пыль, позволили составить первый приблизительный список галактик в зоне избегания. Там их действительно оказалось очень мало.
Таким образом, учёные подтвердили вероятное наличие войда с той стороны.
Что произойдёт, когда всё разлетится?
На сегодня все научные факты указывают на то, что Вселенная расширяется. Причём в момент, когда вы только начали читать даже эту главу, она расширялась немножко медленнее. И что её в таком случае ждёт?
Радиус наблюдаемой Вселенной можно сравнить с горизонтом событий чёрной дыры. Галактики будут покидать видимую для нас Вселенную всё быстрее и быстрее. Но надо понимать, что они не перестанут существовать. Просто информация от них в виде света не сможет до нас доходить. В итоге мы останемся словно внутри чёрной дыры, в которой для нас будет существовать только сверхскопление Девы, в котором мы и находимся.
Ну а то, что произойдёт дальше, зависит от значения лямбды-члена, введённого Эйнштейном. Считается, что у Вселенной возможны два основных исхода.
При меньшем значении лямбды сверхскопление станет замкнутой вселенной, в которой начнут происходить термодинамические процессы. Согласно второму началу термодинамики, тепло переходит от более нагретых тел к менее нагретым. В итоге этот процесс дойдёт до той степени, когда тепловое колебание молекул остановится, потому что исчезнет разница температур. Вещество в этот момент станет полностью однородным, движение – невозможным, а время исчезнет. Этот процесс называется тепловой смертью.
Если же значение лямбды будет бóльшим, то растаскивание не остановится, и наша маленькая Вселенная не сможет замкнуться на себе. В итоге даже наша галактика начнёт разваливаться, так как гравитация не сможет удерживать её как единое целое. Дальше начнут разрушаться связи между молекулами. Потом начнут разваливаться сами молекулы. Потом – атомы. Затем – субатомные частицы. И в последний момент существования времени исчезнет само пространство.
Абсолютно то же самое будет происходить и с теми галактиками, которые оказались по ту сторону. Этот процесс будет одинаковым в любой точке Вселенной. Всё, что её составляет, начнёт очень медленно «умирать» в бесконечном одиночестве. Пока очевидно одно – смерти Вселенной, как и любому из нас, не избежать.
Раздел 2Теория относительности и физика Вселенной
Величайшая ошибка Эйнштейна как начало новой физики
О космологической постоянной я уже не раз упоминал в тексте. Поэтому с неё и следует начать главу про общую теорию относительности (далее – ОТО). Уже более 100 лет назад Альберт Эйнштейн, работая над этой теорией, получил новый параметр, который был назван впоследствии «космологической постоянной». Сегодня этот параметр необходим для описания влияний тёмных энергии и материи на космологических масштабах, так как в уравнениях ОТО его значение настолько мало, что эффекты, связанные с его наличием, начинают сколько-нибудь ощутимо проявлять себя лишь начиная со скопления галактик.
Надеюсь, что, дочитав до этого момента, вы уже не отрицаете факта расширения Вселенной. Но в начале прошлого века считали, что Вселенная статична и неизменна как минимум на самых больших масштабах. Из ОТО же первоначально следовало наличие только, скажем так, притягивающей формы гравитации, что логичным образом неизменно приводило к коллапсу всей материи в одной точке, хотя и сильно растягивалось во времени.
Эйнштейн в 1917 году, будучи, как и большинство физиков того времени, уверенным в том, что Вселенная стационарна, добавил в свои расчёты «отталкивающий коэффициент», чтобы уравновесить её.
При этом в своих заметках в 1918 году Эйнштейн написал следующее: «Требуется модификация теории, так как «пустое пространство» играет роль гравитирующих отрицательных масс, распределённых по всему межзвёздному пространству».
Величайшая ошибка Альберта Эйнштейна
Представление о статичности Вселенной изменил Эдвин Хаббл, именем которого назван основной поставщик обоев космической тематики на рабочий стол. В 1929 году он опубликовал работу, в которой утверждал, что другие галактики удаляются от нашей и, чем дальше они от нас находятся, тем быстрее удаляются.
Вывод был ошеломляющим и однозначным: Вселенная не статична – она расширяется.
Приняв во внимание тот факт, что предположение о статичности Вселенной, долгое время считавшееся догмой, ошибочно, Эйнштейн удалил космологическую постоянную из своих уравнений. В результате снова встал вопрос о «гравитирующем пустом межзвёздном пространстве». Тем не менее Альберт Эйнштейн решил: если Вселенная не статична, то никакой необходимости в этом коэффициенте нет!
Кстати, о том, что космологическая постоянная является величайшей ошибкой Эйнштейна, сказал физик Георгий Гамов, пусть и якобы от его имени.
Вернуть космологическую постоянную!
ХХ век можно считать по истине золотым в части научных изысканий о сущности Вселенной. С его середины начались наиболее активные исследования. В рамках первоначальной версии теории Большого взрыва расширение под действием гравитации должно было замедляться и, как следствие, вероятно, перейти в состояние Большого сжатия. Были, конечно, предположения, что расширение может продолжаться бесконечно долго, но тот факт, что оно просто обязано замедлиться, казался бесспорным, заняв не некоторое время место догмы, наподобие ещё недавней статичности Вселенной.
Но результаты двух экспериментов, поставленных специально для решения этого вопроса в 1998 году, дали ответ, который никто даже не предполагал: Вселенная расширяется с ускорением! На сегодня ускорение расширения было неоднократно подтверждено и в настоящее время считается хорошо установленным фактом.
Однако первым же делом возникает очевидный вопрос: что может объяснить ускорение расширения? Тут-то физики и вспомнили про «величайшую ошибку» Эйнштейна.
Отрицательные массы
Предположение, что во Вселенной имеются вещества с отрицательной массой, является контринтуитивным, поэтому наш мозг отказывается его воспринимать. Но доктор Джейми Фарнс из Оксфордского центра электронных исследований Департамента инженерных наук разработал теоретическую модель, которая предполагает, что тёмные энергия и материя могут быть объединены в одну субстанцию – подобие жидкости с отрицательной массой (Farnes, 2018).
Модель Фарнса представляет собой модифицированную космологическую модель Lambda-CDM («Лямбда-СиДиЭм» – сокращение от Lambda-Cold Dark Matter). Эта модель помогает предсказывать наблюдаемое распределение тёмной материи в галактиках, давая несколько проверяемых предсказаний. Судя по всему, она к тому же обладает потенциалом на совмещение с данными, полученными при наблюдении далёких сверхновых звёзд, космического микроволнового фона и скоплений галактик.
Выводы из работы Фарнса просто удивительные и, повторюсь, плохо воспринимаемые логикой. Во Вселенной на полном серьёзе могут реально существовать отрицательные массы. Такая гипотеза как минимум может стать началом новой космологической теории.
Доктор Фарнс дал своим выводам такое объяснение:
«…Теперь мы думаем, что и тёмная материя, и тёмная энергия могут быть объединены в некую «жидкость», которая обладает характеристикой «отрицательной гравитации», то есть отталкивает весь другой материал от себя. И, хотя это всё ещё далеко под вопросом, теория предполагает, что космос симметричен как в положительных, так и в отрицательных своих качествах…».
Предположительное распределение тёмной материи в виде гало вокруг нашей галактики
Считалось, что отрицательная материя, если она действительно существует, по мере расширения Вселенной будет становиться менее плотной, что противоречит наблюдениям, которые никак не указывают на её истощение. В связи с этим доктор Фарнс в своей работе применяет «тензор создания», согласно которому отрицательные массы создаются непрерывно.