Наше деловое партнерство www.banwar.org

Особливо цікавив астрономів питання, який же справжній вік Всесвіту. Протягом століть вчені, філософи і теологи намагалися визначити його хоча б приблизно, користуючись єдиним доступним їм методом - генеалогією людства з часів Адама і Єви. У минулому столітті геологи використовували реліктове випромінювання, яке спостерігається в скелях, для отримання найбільш точних даних про вік Землі. У свою чергу, зонд мікрохвильової анізотропії Уїлкінсона виміряв сьогодні відлуння самого Великого Вибуху, давши нам найбільш надійні дані про вік Всесвіту. Дані зонда Уїлкінсона показують, що Всесвіт виник в результаті Вибуху, який стався 13,7 млрд років тому.

(Протягом багатьох років одним з найбільш слизьких моментів, невідступно переслідують космологію, було те, що обчислений вік Всесвіту часто опинявся менше віку окремих планет і зірок. Причиною тому були помилки у вихідних даних. Попередні розрахунки віку Всесвіту давали їй від 1 до 2 млрд років, що суперечило прийнятим віком Землі (4-5 млрд років) і «найстаріших» зірок (12 млрд років). Тепер ці суперечності усунено.)

Дані зонда Уїлкінсона стали причиною крутого повороту в суперечці про те, з чого складається Всесвіт, в питанні, яким задавалися ще греки більше двох тисячоліть тому. Протягом усього XX століття вважалося, що відповідь на це питання відомий. Провівши тисячі скрупульозних експериментів, вчені прийшли до висновку, що Всесвіт в основному складається приблизно з сотні різних елементів, збудованих в акуратну періодичну таблицю, що починається з водню. Ця таблиця - основа сучасної хімії, і, фактично, її вивчають в кожній середній школі. Зонд Уїлкінсона зруйнував ці уявлення.

Підтверджуючи раніше проведені експерименти, зонд Уїлкінсона показав, що вся видима матерія навколо нас (включаючи гори, планети, зірки і галактики) становить мізерну частину (4 96) всієї матерії та енергії у Всесвіті. (Більшу частину цих 4% складають водень і гелій, і тільки десь близько 0,03% - важкі елементи.) Але переважна частина Всесвіту складається з загадкового невидимого речовини абсолютно невідомого походження. Відомі елементи, з яких складається наш світ, складають у Всесвіті лише 0,03%. В якомусь сенсі наука відкинута на століття назад, у часи, коли ще не було атоміческіе гіпотези, оскільки фізики спіткнулися на факті, що у Всесвіті переважають принципово нові, невідомі науці форми матерії та енергії.

Згідно з даними зонда Уїлкінсона, Всесвіт на 23% складається з невідомої, невизначеною субстанції, так званої «темної матерії». Вона має вагу і оточує галактики гігантським ореолом, який нам невидимий. «Темна матерія» настільки всюдисуща і її так багато, що в нашій Галактиці Чумацький Шлях вона важить в 10 разів більше, ніж всі зірки разом узяті. Незважаючи на невидимість цієї невідомої матерії, вчені, використовуючи метод непрямої спостереження, змогли її «побачити»: «темна матерія» викривляє зоряне світло подібно склу, і тому її можна виявити за ступенем створюваного оптичного спотворення.

З приводу дивовижних результатів, отриманих із супутника WMAP, астроном з Прінстона Джон Бакал заявив: «Ми живемо в неймовірною, просто божевільною Всесвіту, але тепер нам відомі її визначальні характеристики».

Однак, напевно, найбільшим сюрпризом з даних, отриманих супутником WMAP і потрясли все наукове співтовариство, став факт, що 73% Всесвіту, її більша частина, складається з абсолютно невідомої форми енергії, званої «темною енергією», або невидимою енергією, що таїться в вакуумному просторі. Введене самим Ейнштейном в 1917 році, а потім відкинуте (великий фізик назвав його своєю «найбільшою помилкою») поняття «темна енергія», вона ж енергія порожнечі, порожнього космосу, тепер знову виходить на авансцену як рушійна сила Всесвіту. Вчені вважають, що «темна енергія» створює антигравітаційний поле, яке тягне галактики в різні боки, і кінцева доля Всесвіту буде визначатися саме «темною енергією».

На даний момент ніхто й уявити не може, звідки взялася ця «енергія порожнечі».

«Відверто кажучи, ми цього просто не розуміємо. Нам відомо її вплив, але у нас немає ключа до розгадки ... ні у кого немає жодного ключа », - визнає Крейг Хоган, астроном з Університету ім. Дж. Вашингтона в Сіетлі.

Якщо взяти новітню теорію субатомних частинок і спробувати обчислити значення цієї «темної енергії», ми отримаємо число, яке відхиляється від норми на 10120 (це одиниця, за якою слідують 120 нулів). Така розбіжність між теорією і експериментом - найбільший за всю історію пробіл в науці. це одне

з наших непереборних (по крайней мере, в даний час) перешкод - навіть за допомогою кращої з наших теорій ми не можемо обчислити значення найбільшого джерела енергії у всьому Всесвіті. Безумовно, ціла купа Нобелівських премій очікує підприємливих вчених, які зможуть розкрити таємниці «темної енергії» і «темної матерії».

розширення

Астрономи досі намагаються впоратися з лавиною даних, принесених супутником WMAP. У міру того як ця лавина змітає застарілі концепції Всесвіту, в космології вимальовується нова картинка.

«Ми заклали фундамент єдиної, несуперечливої ​​теорії космосу», - заявляє Чарльз Л. Беннетт, керівник міжнародної команди, яка брала участь в обробці та аналізі даних з супутника WMAP.

На даний момент веде теорією є «інфляційна теорія Всесвіту», тобто вдосконалена теорія Великого Вибуху, вперше запропонована Аланом Гутом * з Массачусетського технологічного інституту. За інфляційної теорії, в першу трильйонну частку секунди загадкова антигравітаційна сила змусила Всесвіт розширюватися набагато швидше, ніж вважалося раніше. Інфляційний період був неймовірно вибуховим, при цьому Всесвіт розширювався зі швидкістю, що набагато перевищує швидкість світла. (Це не суперечить заяві Ейнштейна, що «ніщо» може переміщатися швидше за світло **, оскільки розширюється порожній простір. Що ж стосується матеріальних об'єктів, то вони не можуть перескочити світловий бар'єр.) Отже, за мізерну частку секунди Всесвіт неймовірно розширилася - в 1 0 S 0 раз.

* Його прізвище (Guth) часто також транскрибують як «Гус». - Тут і далі прим. ред., якщо не вказано інакше.

** Хоча загальноприйнятий переклад цього висловлювання Ейнштейна - «Ніщо не може переміщатися швидше за світло», в даному контексті адекватний саме вищевказаний дослівний переклад, оскільки автор таким чином обігрує цей вислів, прирівнюючи «ніщо» до порожнього простору

Щоб уявити собі інтенсивність інфляційного періоду (або інфляційної епохи), уявіть собі повітряну кульку з намальованими на його поверхні галактиками, який швидко надувають. Видима Всесвіт, заповнена зірками і галактиками, лежить на поверхні повітряної кульки, а не всередині його. Тепер поставте на кульці мікроскопічну точку. Ця точка і є видимий Всесвіт, тобто все, що ми можемо спостерігати за допомогою наших телескопів. (Для порівняння: якби видимий Всесвіт була розміром з субатомну частинку, то весь Всесвіт був би набагато більше тієї реальної видимого Всесвіту, яку ми спостерігаємо.) Іншими словами, інфляційний розширення було настільки інтенсивним, що тепер існують цілі області Всесвіту поза нашої видимої, які так назавжди і залишаться для нас за межами видимості.

Розширення Всесвіту було таким інтенсивним, що при погляді на описаний кульку з близької відстані він здається плоским. Цей факт був експериментально перевірений супутником WMAP. Як і Земля здається нам плоскою, тому що ми дуже малі в порівнянні з її радіусом, так і Всесвіт здається нам плоскою лише тому, що вона вигнута в набагато більшому масштабі.

Допустивши раннє інфляційний розширення, можна без особливих зусиль пояснити багато загадок Всесвіту, як, наприклад, те, що вона здається плоскою і однорідною. Характеризуючи інфляційну теорію, фізик Джоел Примак сказав: «З таких прекрасних теорій ще жодна не виявлялася помилковою».

Мультивсесвіт

Незважаючи на те що інфляційна теорія узгоджується з даними зонда Уїлкінсона, вона все ж не відповідає на питання: що стало причиною розширення? Що спонукало до дії антигравітаційну силу, яка «роздула» весь Всесвіт? Існує більше 50 теорій про те, що стало причиною початку і закінчення розширення Всесвіту, в результаті чого і виник наш Всесвіт. Але єдиної думки не існує. Більшість фізиків погоджується з основною ідеєю про стрімке інфляційному періоді, але вирішального відповіді на питання про механізм розширення Всесвіту поки не існує.

Оскільки ніхто точно не знає, чому почалося розширення, цілком ймовірно, що подібна подія може знову мати місце - тобто, що інфляційні вибухи можуть повторюватися. Ця теорія була запропонована російським фізиком Андрієм Лінде зі Стенфордського університету. Вона стверджує, що, якою б механізм ні послужив причиною раптового розширення Всесвіту, він постійно знаходиться в дії, змушуючи безладно розширюватися інші, віддалені області Всесвіту.

І тоді крихітну ділянку Всесвіту може раптово розширитися і «утворити нирку», пустити втечу «дочірньої» всесвіту, від якої, в свою чергу, може відмежовуватися нова дочірня всесвіт; при цьому процес «брунькування» триває безперервно. Уявіть, що ви пускаєте мильні бульбашки. Якщо дути досить сильно, то можна побачити, як деякі з них діляться, утворюючи нові, «дочірні» бульбашки. Подібним чином одні всесвіти можуть постійно давати початок іншим всесвітам. Згідно з цим сценарієм, Великі Вибухи відбувалися весь час, відбуваються і зараз. Якщо це вірно, то, можливо, ми плаваємо в море таких всесвітів, немов бульбашка, погойдується в океані серед інших бульбашок. По суті, більш відповідним словом буде не «Всесвіт» (Універсум), а «Мультивсесвіт» (Мультиверсум).

Лінде називає свою теорію вічним, самовоспроизводящимся розширенням, або «хаотичним розширенням», оскільки він має на увазі безперервний процес постійного розширення паралельних всесвітів.

«Розширення змушує нас припускати існування численних всесвітів», - говорить Алан Гут, вперше запропонував інфляційну теорію.

Ця теорія також передбачає, що від нашого Всесвіту, можливо, коли-небудь отпочкуется власна дочірня всесвіт. Можливо, і наш власний Всесвіт знайшла своє існування, відбрунькувавшись від більш давньої, більш раннього всесвіту.

За словами глави Королівського астрономічного товариства Великобританії сера Мартіна Ріса, «те, що традиційно називалося« Всесвіт », може бути лише частиною цілого ансамблю. Може існувати безліч інших областей Всесвіту, де діють інші закони. Всесвіт, в якій ми з'явилися, належить до незвичайного подмножеству, яке дозволяє розвиватися складних форм і свідомості ».

Дослідження в області мультивселенной викликали дискусії про те, як виглядають інші всесвіти, населені вони і навіть можливий з ними контакт. Вчені Каліфорнійського технологічного інституту, Массачусетського технологічного університету, Прінстонського університету, а також інших наукових центрів зробили розрахунки для вирішення питання, чи не суперечить законам фізики множинність всесвітів і можливість їх досягнення.

З'являється все більше теоретичних доказів на підтримку існування мультивселенной, де цілі всесвіти можуть відбруньковуватися або «розпускати бутони» з інших Всесвітів. Якщо теорія підтвердиться, то вона об'єднає дві найбільші релігійні міфології: виникнення світу і Нірвану. Тоді виникнення світу відбувалося б безперервно в передчасної Нірвані.

М-теорія і 11-е вимір

Сама ідея паралельних всесвітів колись розглядалася вченими з неабиякою часткою підозри і вважалася областю діяльності містиків, шарлатанів і великих оригіналів. Кожен вчений, насмілюються працювати в галузі вивчення паралельних всесвітів, піддавався глузуванням, навіть ризикував своєю кар'єрою, оскільки аж до сьогоднішнього дня не існує експериментального підтвердження існування паралельних всесвітів.

Але останнім часом стався серйозний прорив у дослідженнях, і тепер кращі уми планети інтенсивно працюють саме в цьому напрямку. Причиною такого раптового повороту стала поява нової струнної теорії і її останньої версії, М-теорії, яка не тільки обіцяє розкрити природу мультивселенной, але також обіцяє можливість на власні очі «побачити Божий задум», як колись красномовно висловився Ейнштейн. Якщо теорія виявиться вірною, то це буде головним досягненням науки за останні 2000 років, з тих самих пір, як стародавні греки почали пошуки єдиної зв'язковою і цілісної теорії Всесвіту.

Кількість опублікованих робіт в області струнної теорії, М-теорії, вражає - вони обчислюються десятками тисяч. Цій темі було присвячено сотні міжнародних конференцій. У кожному університеті світу або є група, що займається розробкою струнної теорії, або робляться відчайдушні спроби її вивчення. Хоча теорію і не перевірити за допомогою наших недосконалих сучасних приладів, вона викликала жвавий інтерес математиків, фізиків-теоретиків і навіть експериментаторів, які сподіваються протестувати периферію Всесвіту (звичайно, в майбутньому) за допомогою тонких детекторів гравітаційних хвиль відкритого космосу і потужних прискорювачів частинок.

В кінцевому рахунку ця теорія, можливо, відповість на питання, яке хвилювало космологов з тих самих пір, як вперше була висловлена ​​ідея Великого Вибуху: а що сталося після Великого Вибуху?

Для вирішення такого завдання нам потрібно весь потенціал наших знань в області фізики, аналіз всіх фізичних відкриттів, накопичених за століття досліджень. Іншими словами, нам потрібна «теорія всього», єдина теорія всіх фізичних сил, що діють у Всесвіті. Ейнштейн витратив останні тридцять років свого життя, намагаючись створити цю теорію, але йому це не вдалося.

На сьогоднішній день головною (і, власне, єдиною) теорією, яка може пояснити все різноманіття сил, які організовують Всесвіт, є струнна теорія, особливо її останнє втілення - М-теорія. ( «М» означає «мембрана», але може також означати «загадка» (від англ. Mystery - таємниця, загадка, головоломка), «магія» і навіть «мати». Хоча, по суті, струнна теорія і М-теорія ідентичні , М-теорія являє собою більш загадкову і значно складнішу структуру, що об'єднує різні «струнні теорії».)

Ще давньогрецькі філософи припускали, що все у Всесвіті може складатися з крихітних часток, названих атомами. Сьогодні ж, використовуючи потужні прискорювачі заряджених частинок, ми можемо розщепити атом на електрони і ядро, які, в свою чергу, можуть бути розщеплені на ще більш дрібні субатомні частинки. Але замість відкриття стрункою і простої системи вчені стали свідками гнітючої факту: з прискорювачів вилітають сотні субатомних частинок з дивними назвами, такими, як нейтрино, кварки, мезони, лептони, адрони, глюони, бозони і інші. Важко повірити, що природа на рівні вибудовування фундаменту змогла створити цілі джунглі дивних атомних частинок, серед яких можна просто заблукати.

В основі струнної теорії і М-теорії лежить ідея про те, що дивовижне розмаїття субатомних частинок, складових Всесвіт, подібно нотах, за якими можна зіграти мелодію на скрипкової струни, або на мембрані, натягнутою, скажімо, як шкіра барабана. (Це не зовсім звичайні струни і мембрани; вони існують в десяти- і одіннадцатімерном гіперпросторі.)

Традиційно фізики розглядали електрони як нескінченно малі точкові частинки. Це означало, що їм доводилося вводити свою точку для кожної з виявлених субатомних частинок, що дуже збивало з пантелику. Але струнна теорія говорить, що, якби у нас був супермікроскоп, який дозволяв би зазирнути вглиб електрона, ми б побачили, що це ніяка не точкова частинка, а крихітна вібрує струна. Вона лише здається нам точкової часткою, оскільки наші прилади занадто недосконалі.

Ця струна вібрує з різною частотою и різнім резонансом. Якби ми Зачепило струну, то частота ее вібрацій змінілася б і вона превратилась б в іншу субатомних Частинку, например в кварк. Тронь ее знову, и вона превращается в нейтрино. Таким чином, Ми можемо поясніті «Заметіль» субатомних частінок різнімі по вісоті звуками вібруючої струни. І тепер ми можемо вважати сотні субатомних частинок, які спостерігаються в лабораторії, одним об'єктом - струною.

У такій термінології закони фізики, ретельно обґрунтовані тисячолітніми експериментами, є не чим іншим, як законами гармонії, які справедливі для струн і мембран. закони

хімії - це мелодії, які можна зіграти на цих струнах. Вся Всесвіт являє собою божественну симфонію для «струнного оркестру». А «Задум Божий», про який так красномовно говорив Ейнштейн, - це космічна музика, резонуюча крізь гіперпростір. (Виникає питання: якщо Всесвіт - це симфонія для струнного оркестру, то хто її автор? Я повернуся до цього питання в главі 12.)

музична аналогія

струнний еквівалент

нотний запис

Математика

скрипкові струни

суперструни

ноти

субатомні частинки

закони гармонії

фізика

мелодії

хімія

Всесвіт

Симфонія для струнного оркестру

«Задум Бога»

Музика, резонуюча крізь гіперпростір

композитор

??!

кінець Всесвіту

Зонд Уїлкінсона не тільки дав можливість побачити докладний портрет юної Всесвіту, він також відкрив нам вражаючу картину того, як наш Всесвіт помре. Та ж сама загадкова антигравітаційна сила, відштовхнувшись (розтягнули) галактики один від одного на початку часів, тепер штовхає Всесвіт назустріч долі. Раніше астрономи вважали, що розширення Всесвіту поступово сповільнюється. Тепер ми розуміємо, що насправді рух Всесвіту прискорюється і галактики мчать від нас геть зі все зростаючими швидкостями. «Всесвіт поводиться, як водій, пригальмовує на червоний сигнал світлофора і потім газующій на зелений», - стверджує Адам Рис з Інституту космічного телескопа.

Якщо який-небудь катаклізм не зверне процес розширення назад, то через 150 млрд років наша Галактика Чумацький Шлях виявиться досить самотньою: 99,999% прилеглих галактик «полетять» за межі видимого Всесвіту. Знайомі галактики, які ми можемо спостерігати в нічному небі, умчатся геть з такою швидкістю, що їх світло ніколи не досягне нас тодішніх. Самі галактики не зникнуть, але виявляться занадто далеко, щоб ми могли спостерігати їх в свої телескопи. Хоча зараз у видимому Всесвіті міститься близько 100 млрд галактик, «всього» через 150 млрд років видимими залишаться лише кілька тисяч в прилеглому скупченні галактик. Ще через деякий час вся видима Всесвіт буде обмежена групою, що складається з 36 галактик, в той час як мільярди і мільярди інших галактик зникнуть за «горизонтом». Такий варіант розвитку подій пояснюється тим, що гравітація в межах цієї місцевої групи досить сильна для того, щоб подолати сили розбігання. Іронія полягає в тому, що, коли віддалені галактики зникнуть з поля зору, будь-який астроном з майбутньою «темної епохи» буде не в змозі взагалі помітити розширення Всесвіту, оскільки місцева група галактик розширюється. Астрономи наддалеких майбутнього - якщо такі будуть і займуться дослідженням нічного неба - навряд чи зрозуміють, що Всесвіт розширюється; скоріше вони прийдуть до висновку, що Всесвіт статична і складається всього лише з 36 галактик.

Якщо ці сили антигравітації будуть і далі діяти в тому ж дусі, то Всесвіт врешті-решт загине від холоду. Вся розумне життя на планеті, замерзаючи, буде битися в болісної агонії, оскільки температура далекого космосу близька до абсолютного нуля, а при такій температурі навіть молекули ледве «ворушаться». В якийсь момент, через трильйони трильйонів років, зірки перестануть випускати світло, іхядерний реактор згасне, витративши все паливо, і Всесвіт зануриться в вічну ніч. Космічне розширення призведе до того, що залишиться лише холодна мертва Всесвіт, що складається з чорних зірок-карликів, нейтронних зірок і чорних дір. А в ще більш далекому майбутньому навіть чорні діри віддадуть всю свою енергію, залишиться лише млява холодна туманність ширяють елементарних частинок. У такій бляклої холодної Всесвіту розумне життя фізично неможлива в принципі. Залізні закони термодинаміки припинять будь-яку передачу інформації в цій крижаній середовищі, і все життя, поза всякими сумнівами, припиниться.

У XVIII столітті люди вперше усвідомили, що Всесвіт може загинути від холоду. Коментуючи гнітючу концепцію про те, що закони фізики, мабуть, прирікають на смерть всю розумну життя, Чарльз Дарвін писав: «Та віра, яку я маю в те, що людина в далекому майбутньому буде набагато більш досконалою істотою, робить нестерпним навіть саму думка про те, що він і всі свідомі істоти приречені на повне вимирання після такого тривалого повільного прогресу ». На жаль, останні дані супутника WMAP, мабуть, підтверджують найгірші побоювання Дарвіна.