Карта Вселенной. Главные идеи, которые объясняют устройство космоса

Разъяснение роли темной материи во Вселенной обозначает начало новой главы в космологии. В последние 60 лет научная практика постепенно развивалась, что требовало командной работы и арсенала новых приборов. Сегодня мощные компьютеры с высокими графическими характеристиками позволяют нам проследить развитие Вселенной и визуализировать данный процесс, что обеспечивает возможность прямого сравнения с астрономическими наблюдениями. Одно из ключевых ограничений для нас как для космологов заключается в том, что мы, в отличие от других ученых, не можем осуществлять контролируемые эксперименты. Что обнаружили, то и получили. Космология, изначально основанная на абстрактных теориях, сегодня получила статус уважаемой науки, так как цифровые модели стали своеобразным аналогом экспериментов. К 1980-м гг. в космологии сформировалось три метода исследования, три независимых подхода, имеющие важнейшее значение для генерирования новых знаний и проверки новых идей, — теория, наблюдение и компьютерное моделирование. Благодаря стремительному развитию технологии и вычислительной техники сегодня мы можем создать подробные космологические модели, вышедшие за границы своей первоначальной функции — подтверждение наблюдений, — и направлять науку к тем вопросам, которые находятся у переднего края исследований. Эта перемена произошла благодаря генерирующей способности моделирования, которое из довольно ограниченного способа проверки идей выросло в мощный метод формирования нового знания. Сегодня модели позволяют взглянуть на астрофизические процессы, не только крайне сложные, но и взаимодействующие друг с другом на таком уровне, который не могут спрогнозировать обычные бумажные расчеты.

История признания темной материи звучала совсем не так, как это было с двумя другими революционными идеями— с ними мы столкнулись в предыдущих главах: речь идет о расширяющейся Вселенной и черных дырах. Во-первых, первоначальные гипотезы о темной материи основывались исключительно на эмпирических данных, и обосновывающий их теоретический контекст был разработан уже задним числом. Во-вторых, нет никаких сомнений в том, что изобретение инструментов, а также компьютерного оборудования и специализированных программ имело решающее значение в открытии ключевой роли, которую во Вселенной играет темная материя. В-третьих, отличительной чертой процесса в данном случае является его траектория — темную материю не раз открывали, опровергали, открывали заново, прежде чем идея окончательно обрела признание. Для того чтобы понятие темной материи приняли всерьез, понадобилась трудоемкая работа Рубин и Форда, в ходе которой они фиксировали скорости звезд во многих галактиках на огромных расстояниях, и одновременное формирование теории темной материи. Именно пересечение теории — разработка цельного базового каркаса для модели формирования космической структуры на основе холодной темной материи — и наблюдений привело к окончательному принятию идеи темной материи. Помимо создания новых экспертных систем в виде моделей проблема темной материи подчеркнула и вывела на новый уровень роль моделирования в космологической сфере. Значение моделирования, выполняющего функции важного промежуточного звена между наблюдениями и теорией, выросло, когда ученые признали значительную роль темной материи во Вселенной. Открытие частицы темной материи, конечно, все еще остается под большим вопросом. Мы доведем до конца расследование, когда найдем тело. А пока мы придерживаемся нашей веры в невидимую, но осязаемую частицу и продолжаем поиски этого загадочного объекта.

5. Меняем масштабы

Ускоряющаяся Вселенная

В 1901 г. герой романа Герберта Уэллса «Первые люди на Луне», незадачливый лондонский бизнесмен Арнольд Бедфорд, решает уехать в деревню, надеясь написать пьесу и так поправить свои дела. Как вы, возможно, догадались из названия, вместо этого он отправляется на Луну. Изобретение его другом-физиком Кейвором материала, названного кейворитом, — особой пасты, которая позволяет отклонять гравитацию от всего, что ею покрыто, — делает путешествие возможным. По сюжету, воспользовавшись покрытым кейворитом металлическим шаром, Бедфорд и Кейвор попадают на Луну, откуда после приключений удается благополучно вернуться только Бедфорду, а Кейвор останется томиться узником у жителей Луны, селенитов^{1}.