2. Они проанализировали имеющие данные и пришли к выводу, что «наиболее правдоподобной представляется [модель] Вселенной с критической плотностью и большой космологической постоянной». Напомню, что это было более чем за два года до опубликования данных о далеких сверхновых. «Мы готовы выслушать соображения о наличии у плоской модели Вселенной со значимой космологической постоянной… существенных наблюдательных проблем». Если же таковых не найдется, то, значит, мы уже нашли модели, которые в целом адекватно описывают основные крупномасштабные свойства Вселенной».
Так что по мере накопления все более убедительных свидетельств в пользу ускоряющейся Вселенной в ходе реализации перлмуттеровского «Проекта космологии сверхновых» и шмидтовского проекта High-z Supernova Search Team обе конкурирующие группы стали приходить к выводу, который нельзя было считать совсем уж новым. Но тем не менее он их удивил. Или, как говорилось в журнале Science, «взволновал» (Роберт Киршнер), «поразил» (Рисс), вызвал ощущение, «среднее между потрясением и ужасом» (Шмидт)3. Лямбда – это странное и необъяснимое отталкивающее свойство пустого пространства – оказалась совершенно реальной.
И все же многие не в восторге от мысли об ускоряющейся Вселенной. Сначала была темная материя, которую, выражаясь словами Джима Пиблса, искусственно ввели для решения загадки кривых вращения галактик и других динамических проблем. А тут космологи с еще одним ингредиентом – темной энергией – вводят его, чтобы решить проблему со сверхновыми, которые выглядят тусклее, чем ожидалось. Как сказали бы некоторые, чтобы сделать вид, будто все нормально. И вообще, все это напоминает эпициклы. В главе 12 мы говорили про Мордехая Милгрома, чья теория представляет собой попытку объяснить плоские кривые вращения галактик без привлечения темной материи. Но в случае темной энергии критики не предлагают никакого альтернативного объяснения ускоренному расширению Вселенной. Они просто говорят, что никакого ускорения нет и что охотники за сверхновыми пали жертвой систематических ошибок в наблюдениях или их интерпретации.
Например, Субир Саркар из Оксфордского университета обратил внимание на то, что большая часть исследованных Перлмуттером, Шмидтом и их коллегами сверхновых расположены в одном полушарии неба4. Согласно Саркару, если наша Галактика движется в этом направлении, то это должно сказаться на красных смещениях сверхновых и привести к ошибочным выводам. Другое возражение было сформулировано корейско-французской группой астрономов под руководством Кхан Ичжун и Ё Ун Укли из университета Ёнсе в Сеуле5. Они утверждают, что нашли свидетельства зависимости светимости сверхновых типа Ia от возраста и химического состава галактики, в которой они расположены. Кто знает, а вдруг вспышки сверхновых типа Ia в прошлом действительно имели более низкую светимость, чем в наше время, – ведь сейчас мы видим свет, излученный миллионы лет назад. Согласно Укли, «темная энергия может быть артефактом, следствием необоснованных и неверных предположений». А некоторые исследователи считают, что все дело в ненадлежащем учете вызванного пылью поглощения света – даже при использовании метода Рисса, основанного на данных многоцветных кривых блеска.
В сентябре 2018 года в интервью исследовательско-инновационному онлайн-журналу Европейского союза Horizon Саркар упомянул «ловушку» эпициклов6. «Проблема в том, что люди считают нашу стандартную космологическую модель простой и описывающей данные [наблюдений], – говорит он. – Древние греки были такого же мнения об аристотелевской модели Вселенной, согласно которой Солнце и планеты обращаются вокруг Земли. Но следует быть готовыми и к другим вариантам. Будем надеяться, что для [появления новой] модели взамен стандартной не потребуется 2000 лет, как в случае аристотелевской картины мира».
Разумеется, приверженцы темной энергии тщательно рассмотрели все до единого критические возражения и большую их часть убедительно отвергли. Так устроена наука. Общее количество сверхновых, на основании наблюдений которых были сделаны революционные выводы, превысило 700, и статистическая значимость результата продолжает возрастать. К тому же Рисс с коллегами с помощью космического телескопа «Хаббл» смогли обнаружить очень далекие сверхновые типа Ia, красные смещения и светимости которых подтверждают вывод о темной энергии. Эти сверхновые вспыхнули миллиарды лет назад. В ту эпоху гравитационное замедление было сильнее, потому что плотность материи была выше, а ускоряющее действие темной энергии – слабее просто из-за меньшего объема пространства. Расчеты показывают, что первые семь-восемь миллиардов лет после Большого взрыва темная материя [20] не играла главной роли в эволюции Вселенной, а расширение еще не начало ускоряться. И это предсказание подтверждается последними данными об истории расширения Вселенной, полученными на основе наблюдений сверхновых, включающих в том числе и наблюдения далеких сверхновых на космическом телескопе «Хаббл».
Несмотря на все имеющиеся данные, некоторые ученые все еще сохраняют здоровый скептицизм. Так, например, Саркар не считает представленные доказательства убедительными. Он заявил в интервью журналу Horizon: «Я считаю, что многие космологические результаты, подтверждающие общепринятую точку зрения, были получены только потому, что их авторы заранее знали, “под каким фонарем искать”. Другими словами, они могли быть следствием предвзятости восприятия». А в пресс-релизе января 2020 года приводятся слова Ли: «Я не уверен, что мы располагаем экстраординарными доказательствами существования темной энергии»7, – намекает он на знаменитую «мантру» Карла Сагана о том, что необычайные утверждения требуют экстраординарных доказательств.
В любом случае, хотя еще много лет будут выдвигаться аргументы как за, так и против темной энергии, подавляющее большинство астрофизиков и космологов не сомневаются в полученных на основе данных о сверхновых результатах. Да, расширение Вселенной действительно начало ускоряться несколько миллиардов лет назад. И значит, в пустом пространстве действительно есть эта странная сущность – темная энергия, которая в конечном счете определяет судьбу Вселенной. Но, как еще много десятилетий назад сказал датский физик Нильс Бор, трудно что-то предсказать, особенно на будущее. Пока истинная природа темной энергии остается неизвестной, невозможно сказать ничего определенного по поводу ее будущего поведения.
Одна из причин, по которой ученые используют термин «темная энергия», а не «космологическая постоянная», состоит в том, что они не до конца уверены, что ускорение расширения Вселенной связано именно с эйнштейновским поправочным коэффициентом. (Сам термин «темная энергия» был предложен космологом Майклом Тернером из Чикагского университета.) Космологическая постоянная всегда имеет одно и то же значение в любой точке пространства и в любой момент времени. Это фундаментальное свойство пустого пространства. А вот темная энергия не обязана быть настолько статичной; физики могут считать (и действительно считают) ее своего рода всепроникающим полем, в чем-то подобном электрическому или гравитационному полю. Это поле, которое пока временно называют квинтэссенцией, может меняться в пространстве и во времени.
Если темная энергия действительно представляет собой космологическую постоянную, то Вселенная будет расширяться вечно навстречу холодному, темному и пустому будущему. Но если она больше напоминает квинтэссенцию, то возможны самые разные прогнозы. В том числе не исключено, что процесс повернет вспять и ускоренное расширение сменится ускоренным сжатием.
А что, если темная энергия со временем становится все сильнее (некоторые физики предпочитают называть такой вариант фантомной энергией)? В этом случае всеобщее отталкивание приведет к распаду всего – сначала галактик, затем звезд и планет, затем молекул и атомов и в конце концов – элементарных частиц и самого пространства-времени. Согласно оценке американских астрофизиков Роберта Колдуэлла, Марка Камионковского и Невина Вайнберга, опубликованной ими в 2003 году в журнале Physical Review Letters8, этот «Большой разрыв» произойдет через каких-то 20 миллиардов лет: «Космическим футурологам придется сменить привычный лозунг – “Как мир погибнет? От огня // Иль ото льда погибель ждет?” [21] Потому что миру уготована иная судьба».
В 1970 году Алан Сэндидж охарактеризовал космологию как определение двух чисел. Сейчас ее можно, скорее, назвать наукой о двух загадках (и, кстати, о гораздо большем количестве чисел). В определении состава и эволюции Вселенной определяющую роль играют как темная материя, так и темная энергия. Астрономы измеряют их проявления и включают их в создаваемые ими теории. Но броские названия и изящные уравнения не приближают нас к пониманию мира, что, увы, печально, учитывая, что речь идет примерно о 95 % всей массы-энергии во Вселенной.
Попытки убить одним выстрелом двух зайцев пока что не увенчались успехом. Было бы замечательно, если бы одно революционное прозрение позволило решить сразу обе проблемы, но пока что никому это не удалось. Природа не всегда бывает благосклонна – давайте снова вспомним Пиблса. А может быть, мы просто недостаточно изобретательны. Может быть, у нас кишка тонка. Пока.
Ну и потом, открытие темной энергии непосредственно сказалось на нашем представлении о темной материи. Если Вселенная плоская – сначала это было просто более или менее эстетическим соображением, но теперь это подтвержденное данными наблюдений следствие инфляции, – то ее плотность должна быть равна критической, то есть 10–29 граммов на кубический сантиметр. Поскольку порождаемые в ходе нуклео-синтеза Большого взрыва барионы могут обеспечить лишь небольшую долю критической плотности, космологам приходится предполагать наличие невероятно большого количества небарионной темной материи – намного большего, чем следует из результатов исследования динамики галактик и скоплений галактик.