Поиски новых экспериментальных свидетельств присутствия темной энергии и попытки теоретически осмыслить их результаты превратились сегодня в целую космологическую индустрию, включающую самые разнообразные исследования по всему временному спектру от ранней до современной Вселенной. Есть множество указаний на то, что уравнение состояния темной энергии менялось со временем, так что для воссоздания достаточно полной картины необходимо накопить информацию, относящуюся ко всем эпохам эволюции Вселенной. Таким образом, космологи получат информацию о замедлении расширения Вселенной вследствие притяжения материи и об его ускорении темной вакуумной энергией в различные исторические периоды, подобно тому как сведения об изменении климата на Земле черпают из наблюдений за шириной колец на спилах деревьев.
Здесь решающая роль отводится сверхновым звездам, видимая яркость которых позволяет довольно точно судить об их удаленности от нас и, значит, о моменте их взрыва, а красное смещение в спектрах — это не что иное, как соотношение размеров Вселенной сейчас и в то время. Взятые в совокупности, они дадут полное представление о характере эволюции Вселенной. Еще одно направление перспективных исследований включает накопление данных о возрастании скорости формирования крупномасштабных структур во Вселенной типа скоплений галактик. В реализации всей этой грандиозной программы и состоит самая фундаментальная задача космологии на ближайшие годы. Дальнейшие исследования должны также ограничить произвол в выборе параметров различных теоретических моделей и предсказать более определенно судьбу нашей Вселенной, включая, быть может, и оценку времени, которое осталось до «Страшного космического суда».
Парадоксальные и даже в чем-то противоречивые свойства темной энергии дали повод физикам назвать новую полевую субстанцию архаичным термином натурфилософов древности — квинтэссенция. Означает оно, что это некое новое универсальное поле фундаментального характера, но на самом деле это пока только сугубо умозрительные соображения. Есть и другие гипотезы, весьма экзотические, о том, что гравитация на больших расстояниях не подчиняется теории относительности. Но пока построить в границах подобных инновационных представлений внутренне непротиворечивую теоретическую модель не удается. Теоретики не могут также предложить экспериментаторам какие-либо разумные схемы проверочных экспериментов. В целом такая ситуация, когда совершенно не видно способов проверить в лаборатории хотя бы отдельные части теории, является достаточно необычной, можно сказать — даже странной для физики.
Тем не менее в космологии есть гипотеза, которая хотя и детально не объясняет природу темной энергии, но само наличие схожей энергетической субстанции предсказывала еще несколько десятков лет назад. Это инфляционный сценарий расширения Вселенной, о котором мы уже рассказывали. В свете открытий последних лет инфляционная гипотеза получила существенные подтверждения, а некоторые астрофизики считают, что она вполне способна произвести своеобразный переворот в космологии. Суть инфляционного сценария заключается в следующем. Кроме колебаний напряженности электромагнитных полей, существуют также флуктуации энергии гравитационного поля. Вот эти флуктуации тоже должны были усилиться при раздувании Вселенной и превратиться в гравитационные волны. Их по идее можно было бы заметить, анализируя реликтовое излучение. И тогда это будет окончательный триумф инфляционной гипотезы. Сама гипотеза говорит, что Вселенная до Большого взрыва была частью чего-то гораздо большего. Это «нечто» существовало и существует всегда, и материя в нем находится в бесструктурном состоянии — нет ни атомов, ни частиц. Потом наш кусочек этого «нечто» начал стремительно раздуваться и за малые доли секунды из микроскопического стал гигантским: Вселенная растянулась и стала большего размера, чем мы видим. Она и сейчас больше, ведь мы видим только меньше одной сотой ее части.
Если считать, что главной причиной ускорения расширения пространства-времени является темная энергия, то будущее нашего мира напрямую зависит от ее стабильности. Если таинственная антигравитирующая квинтэссенция устойчива, то через вполне определенный период все видимое пространство расширится настолько, что другие галактики уйдут за горизонт Метагалактики и астрономы будущего никогда их больше не увидят. При этом наша Галактика примет вид гигантской черной дыры, в которую сольются в конце своего жизненного пути крупные звезды центральной части, окруженной потухшими звездами периферии. Но если темная энергия нестабильна, то возникают и более оптимистичные варианты будущего.
Разумеется, современным футурологам хотелось бы пофантазировать на тему освоения загадки темной квинтэссенции, и здесь рано еще делать какие-либо научные прогнозы. Тем не менее можно не сомневаться, что если темная энергия будет обнаружена в лабораторных условиях, то физики и инженеры обязательно найдут ей практическое применение. К примеру, из антигравитирующий субстанции вполне можно было бы строить те же подпространственные червоточины, используя их в Т-агрегатах и тоннелях, ведущих в иные миры… Правда, современных мечтателей несколько расхолаживают оценки астрономов для плотности темной энергии во Вселенной, обеспечивающей ее ускоренное расширение: если темная энергия распределена равномерно, получается совершенно ничтожная величина, близкая к 10-29 г/см3. Для обычного вещества такая плотность соответствует всего лишь десятку атомов в одном кубическом метре. Даже сверхразреженный межзвездный газ в несколько раз плотнее. Так что если этот путь к созданию машины времени и может стать реальным, то очень и очень не скоро.
Астрономам обнаружение антигравитационной квинтэссенции принесло не только радость научного открытия, но и множество трудноразрешимых проблем. Так, под угрозой оказался проверенный временем стандартный сценарий развития модели Большого взрыва. В то же время существует довольно много скептически настроенных ученых, которые вообще отказываются верить в само существование темной энергии и вызванное ею ускоренное расширение пространства. Сейчас уже можно сказать, что открытие удивительной квинтэссенции застигло врасплох не только астрономов, но и привыкших ко всяческим сюрпризам природы физиков-теоретиков, похоже, что вначале им просто нечего было предложить по существу. Пока же ясно одно: незначительная часть нашего мира состоит из обычного вещества, включающего известные и неизвестные еще нам частицы, а подавляющая его часть имеет форму вакуумоподобной энергии, однородно разлитой по всей Вселенной.
Происхождение гравитационных волн
Наблюдаемое сейчас ускоренное расширение Вселенной можно представить в виде гигантских волн пространства-времени, масштаб которых превышает размер видимой части Вселенной. Тут достаточно вспомнить, что теория гравитации Эйнштейна вполне допускает существование своеобразной «мертвой зыби» из волн тяготения на ранних стадиях эволюции Мироздания. Тогда может иметь место космологический сценарий, по которому пространственно-временная рябь, образовавшаяся на самом раннем этапе рождения нашего мира, со временем превращается в гигантские гравитационные волны, ускоряющие разлет далеких галактик.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯСВЕРХПРИРОДА ПОДПРОСТРАНСТВА
Почему наблюдаемое сейчас трехмерное (сопутствующее) пространство мира почти плоское? Это одна из классических проблем космологии, поставленная еще тридцать — сорок лет назад. Как оказывается, за видимой картиной почти эвклидова пространства Вселенной стоит в действительности баланс между тяготением вещества и антитяготением темной энергии. Этот баланс контролируется внутренней симметрией энергий, которая полностью исключает сколько-нибудь существенные отклонения от эвклидовости пространства в настоящую эпоху, а также в любой момент в прошлом или будущем.
В объективном мире ничего не происходит, в нем все просто существует. Лишь по мере того, как взор моего сознания скользит по линии жизни (мировой линии) моего тела, для меня оживает часть этого мира подобно мгновенному изображению в пространстве, которое непрерывно меняется во времени.
ФАНТАСТИКА КАРЛА САГАНА
Как-то раз знаменитый астроном и писатель-фантаст Карл Саган решил написать романтико-героическое произведение о мужественных астрономах, ищущих, несмотря на трудности и насмешки, разумную жизнь во Вселенной. В ходе углубленной проработки сюжета Саган твердо решил хотя бы на книжных страницах наградить стойких искателей собратьев по разуму открытием контакта с одной из высших цивилизаций. При этом Саган не был бы ученым, не сведя контактную информацию к передаче схемы некоего очень загадочного агрегата. Впрочем, здесь писатель был не столь уж оригинален, повторив идею романа «Андромеда» другого, не менее знаменитого астрофизика Фреда Хойла. Так, Хойл в соавторстве с Дж. Эллиотом заставил своих героев, руководствуясь межгалактическими сигналами, построить не только уникальный вычислительный комплекс, но и с его помощью создать сигома — искусственную особь, несущую черты инопланетного разума. И хотя у Хойла — автора «Черного облака» это ни к чему хорошему не привело, он самым серьезным образом вознамерился довести свое литературное дело до настоящей научной модели контакта с инопланетным разумом, «создав» транспортное устройство, полностью соответствующее общепринятым физическим принципам.
Поскольку сообщество первоклассных физиков-теоретиков совсем не велико, Сагану не составило труда выделить в нем еще одного потенциального «фантазера», широко известного в научном мире своими блестящими оригинальными работами в области теории гравитации и космологии, — Кипа Торна.