Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики

Можно вздохнуть с облегчением.

Тем не менее, учитывая возможные последствия как для Вселенной, так и для самой физики, астрономы придают большую важность определению нашего положения на шкале от w = -1 до значения, грозящего космическим концом света[51]. Мы не можем измерить величину w напрямую, но можем сделать это косвенно, измерив скорость расширения Вселенной в прошлом и сравнив результат с поведением различных видов темной энергии, предсказанным нашими лучшими теоретическими моделями. В предыдущей главе я приукрасила ситуацию, но на самом деле выяснить скорость расширения в прошлом оказалось гораздо сложнее, чем мы предполагали. В принципе, значение w можно определить несколькими способами, и некоторые из них даже не требуют вычисления скорости расширения с учетом конкретных расстояний. Но самый простой способ разобраться с темной энергией – это изучить всю историю расширения Вселенной. Однако все странности космологии обрушиваются на вас, стоит только попытаться ответить на простой вопрос: «На каком расстоянии от нас находится эта галактика?»

Лестница в небо

Чтобы сравнить локальные скорости расширения пространства в двух отдаленных точках Вселенной, сначала необходимо выяснить точное расстояние между ними. Это не сложно сделать на Земле или даже в пределах орбиты Луны, направив на объект лазерный луч и посмотрев, сколько времени потребуется свету, чтобы вернуться[52]. В таких масштабах Вселенная ведет себя довольно разумно и в основном проявляется как неизменное пространство, где расстояние от точки А до точки Б легко определить. Когда речь заходит об объектах, находящихся за пределами Солнечной системы, все становится сложнее не только потому, что расстояния до них труднее измерить, но и потому, что в больших масштабах само понятие расстояния начинает меняться из-за расширения пространства.

На протяжении многих лет астрономы старались объединить в систему ряд частично дублирующих друг друга определений и методов измерения космических расстояний. Какой бы запутанной она ни казалась сегодня, эта система является результатом нескольких десятилетий инновационной деятельности в сфере наблюдательной астрономии и анализа данных, и она предоставила нам интуитивно понятную, но сложную для реализации стратегию под названием «лестница расстояний».

Представьте, что вам нужно измерить длину большой комнаты, используя обычную линейку. Если вы готовы ползать по полу, вы можете просто проверить, сколько раз линейка помещается в это расстояние. Применив творческий подход, вы могли бы измерить длину своего шага, а затем просто пройтись по комнате, считая шаги. Выбрав второй метод, вы создали бы лестницу расстояний – систему определения больших расстояний на основе легко измеримых значений.

Лестница космических расстояний состоит из нескольких ступеней, позволяющих добраться до объектов, находящихся в миллиардах световых лет от нас. В пределах Солнечной системы определить расстояния помогают лазерная дальнометрия, расчет орбит и даже затмения. На следующей ступени лестницы расстояний используется параллакс. В основе этого метода лежит тот факт, что при смене точки обзора видимое положение более близких объектов смещается относительно неподвижного фона сильнее, чем видимое положение более удаленных объектов. Именно этим эффектом объясняется то, что палец, находящийся перед вашим лицом, «перепрыгивает» из стороны в сторону, когда вы поочередно закрываете глаза. Если мы посмотрим на расположенную поблизости звезду в июне, а затем проведем повторные наблюдения в декабре, то за счет перемещения Земли по своей орбите вокруг Солнца видимое положение звезды несколько сместится относительно более удаленных объектов. Чем ближе к нам объект, тем сильнее его смещение. К сожалению, для того, что находится за пределами нашей галактики, эти смещения настолько малы, что их просто невозможно заметить, поэтому для измерения расстояния до них нам нужен другой метод, основанный исключительно на свойствах излучаемого ими света.

Ключом к измерению расстояний до всех остальных объектов является концепция стандартной свечи, о которой я упомянула в предыдущей главе. Стандартной свечой называют объект (например, звезду), имеющий некоторое физическое свойство, говорящее о его яркости. По тому, насколько ярким он кажется, можно понять, насколько далеко от нас он находится. В некотором роде это все равно что лампочка с надписью «60 Вт». Мы знаем, насколько яркой она должна быть, однако по мере удаления она будет давать все меньше света.