роздута Всесвіт

У 2002 році розгорнута на висоті в 5000 м в чилійській пустелі радіоастрономічна установка CBI (Cosmic Background Imager) змогла «сфотографувати» флуктуації мікрохвильового фону Всесвіту. Темні «крупинки» на зображенні інтрепретіровалісь тоді як «насіння» (seeds) майбутньої матерії. Фото: CBI / Caltech / NSF

Нобелівську премію 2006 року по фізиці Королівська академія наук Швеції присудила двом американським вченим: Джону Матері () і Джорджу Смуту () за «відкриття анізотропії реліктового мікрохвильового випромінювання Всесвіту» (Джордж Смут) і «встановлення відповідності його спектра спектру абсолютно чорного тіла» (Джон Матер). За цією академічної формулюванням Нобелівського комітету ховається фізико-космологічне досягнення, яке може мати далекосяжні наслідки не тільки для вузького кола фахівців, але буквально для кожного людини, бо воно зачіпає, прямо або побічно, самі основи повсякденного світогляду.

Сучасна наука «раптом» зробила для самої себе приголомшливе відкриття: той фізичний світ, який з часів Галілея і Ньютона вважався областю незмінних і точних законів - «Універсумом», сам виявився підлеглим спрямованим в часі змін, у яких може бути «початок» і може бути «кінець». Таку картину світу ми виявляємо в теорії еволюціонує Всесвіту нашого співвітчизника, розробленої ним в 1920-ті. Головний результат цього відкриття - еволюція спостережуваного світу. Особливість теорії еволюціонує Всесвіту Фрідмана полягала в тому, що описувана в її рамках Всесвіт з необхідністю народжувалася з так званої початковій космологічної сингулярності.

У богословському прочитанні космологічна сингулярність була інтерпретована як «перша точка», «першу мить» народжується Всесвіту. Оскільки в сингулярності час і простір дорівнюють нулю, а щільність «речовини» і «енергії» майже нескінченна, остільки можна говорити про виникнення Всесвіту з такою сингулярності як виникненні «з нічого». Уже після смерті Олександра Фрідмана і після свого першого наглядової підтвердження Едвіном Хабблом (, 1889-1953) в 1928-1929 роки вона отримала назву "теорія великого вибуху" (Big Bang). А в 1964-1965 роки цю теорію підтвердило відкриття американських астрофізиків Пензиасом () і Вілсона (), які виявили «далеке відлуння Великого Вибуху» - мікрохвильове реліктове випромінювання.

Джордж Смут, як і Джон Матер, не рахується теоретиком. Однак будь-який досвід заснований на теорії. Прийнято говорити, що робота нових нобелівських лауреатів підтвердила теорію Великого Вибуху. До таких тверджень слід ставитися з обережністю. Інфляційна теорія - скоріше конкурент теорії Великого Вибуху, ніж її продовження. Фото: Roy Kaltschmidt / LBNL

Однак після кількох років тріумфу теорія Великого Вибуху сама зіткнулася з низкою нерозв'язних для неї проблем. Вона не змогла відповісти на питання, чому простір спостережуваного Всесвіту «плоске», тобто чому сума кутів будь-якого трикутника, вписаного в сферу радіусом 1028 см, дорівнює 180 °, не більше і не менше. Теорія не могла пояснити, чому позитивно заряджених частинок у Всесвіті більше, ніж негативно заряджених. Більш того, вдалося показати, що деякі з подібних проблем неможливо розв'язати в рамках цієї теорії в принципі. Для їх вирішення потрібна була інша теорія.

Друга половина ХХ століття побачила неймовірну активність вчених зі створення безлічі теорій походження Всесвіту. Мало хто з них пройшли навіть перше серйозне обговорення серед колег. Самій «стійкою» виявилася та, згідно з якою народження Всесвіту починається не з «вибуху», а з «роздування» (інфляції) фізичного вакууму. Першим до цієї ідеї прийшов в 1979 році російський космолог, а остаточний вигляд теорія придбала в роботах американських вчених Алан Гуса (), Андреаса Альбрехта (), Пола Стейнхарда () і російського вченого.

Основна особливість інфляційного сценарію полягала в тому, що Всесвіт зароджується в вакуумі, що не містить жодної елементарної частинки, і в міру її «роздування» (збільшення її радіуса) до гігантських розмірів щільність енергії вакууму не змінюється. У цій «порожнечі» не було ні частинок, ні випромінювання - ніяких класичних форм існування речовини! Потім «інфляція» закінчується, і Всесвіт розвивається так, як пророкує фрідмановскіх теорія. Виходить, що Всесвіт народжувалася в два прийоми, проходячи стадію «збільшення обсягу», заповненого фізичним полем, але не містить ні речовини, ні випромінювання, і стадію появи речовини і випромінювання і подальшої освіти з нього зірок, галактик, планет і всього іншого. І наявність першої підготовчої стадії, виявляється, тягне за собою багато важливих наслідків. Наприклад, наш Всесвіт повинна мати розмір близько 1010000000000 см, а ті 1028 см, які вважалися її розміром до того, - всього лише її спостерігається частина, область, відкрита зору простих «земних спостерігачів». Крім того, інфляційна теорія пророкувала, що в великих масштабах Всесвіт повинна бути анізотропної, і, зокрема, спостерігаючи реліктовий мікрохвильовий фон в різних напрямках, ми будемо бачити не одну і ту ж картину - десь температура цього фону трохи вище, десь то трохи нижче.

Прихильники теорії Великого Вибуху поставилися до нової теорії насторожено. Вона здавалася їм «фантастичною гіпотезою», позбавленої найменших підстав. Але в 2001 році, через всього 20 років після свого висунення вона здобула перше наглядове підтвердження: передбачену нею анізотропію реліктового фону в великих масштабах виявив запущений в 1989 році супутник СОВЕ (). За допомогою супутника вдалося встановити, що спектр реліктового випромінювання з точністю до 10-150 відповідає спектру випромінювання абсолютно чорного тіла з температурою 2,725 К.

Джон Матер і його колеги - Чак Беннетт, Ненсі Боггесс і Майкл Хаузер - із задоволенням позували фотографу NASA для численних прес-релізів: «Ось вона, карта Всесвіту!» Фото: NASA

По суті, здавалося б, все так і має бути: розробка сценаріїв походження Всесвіту, пошуки їх підтвердження, отримання підтвердження, заслужений тріумф. Однак загадка народження світу дала себе знати в черговий раз і з новою силою. Ще в 1983 році Андрій Лінде припустив, що вакуум - це хаотично розподілене скалярний поле. Його особливість - в здатності породжувати нові області, а в них існує величезна безліч - за деякими оцінками близько 100000 - світів, подібних і неподібних нашому, які народжуються, досягають певних розмірів, потім знову гинуть, і цей процес не матиме кінця, а можливо і не мав початку. Якщо справедлива інфляційна теорія, то, може бути, коли-небудь підтвердиться і гіпотеза Лінде?

І знову це звучить фантастично! І скепсис сумнівається, не позбавлений підстав: дійсно, як підтвердити існування сусідніх Всесвітів, якщо ми в своїх спостереженнях не можемо вийти навіть за світловий горизонт - область тисяча двадцять вісім см? Все так! Але ж і Олександр Фрідман свого часу до власної гіпотезі поставився вельми критично. А деякі провідні фізики поділяли подібний скептицизм навіть після відкриття Хабблом «червоного зсуву» в спектрах віддалених галактик. Виникає природне запитання: а чи достатньо одного підтвердження (як, наприклад, у випадку з відкриттям анізотропії реліктового фону) для того, щоб ту чи іншу модель Всесвіту вважати повноцінною теорією? Чи можемо ми остаточно стверджувати, що інфляційний сценарій адекватний спостережуваного Всесвіту? Час покаже.

А поки, радіючи за лауреатів (і цілі інститути, які стоять за їх спинами), нам хочеться запитати: а що ж теоретики, які всім нам вперше відкрили цей, спочатку анізотропний світ, чи будуть вони коли-небудь оцінені в «вартісному» вираженні?

Читайте також в журналі «Вокруг Света»:

Андрій Павленко , 18.11.2006

Новини партнерів