Наука Плоского Мира

Теория гравитации Эйнштейна превзошла теорию Ньютона, поскольку лучше соответствовала результатам наблюдений. Тем не менее, теория Ньютона ни в коей мере не считается устаревшей, так как во многих случаях она остается достаточно точной и при этом проще теории Эйнштейна. Теперь же и самого Эйнштейна вот-вот потеснит другая теория, возможно та самая, которую он отверг, как самую большую ошибку.

В 1998 году результаты двух независимых наблюдений поставили теорию Эйнштейна под сомнение. Одно из них касается крупномасштабной структуры Вселенной, другое — событий, происходящих у нас под носом. Первая проблема до сих пор выдерживает все наши нападки, но вторая, возможно, имеет более простое объяснение. Поэтому начнем мы со второго любопытного открытия.

В 1972 и 1973 году для изучения Юпитера и Сатурна были запущены два космических аппарата «Пионер-10» и «Пионер-11». К концу 1980-х они уже находились в далеком космосе и направлялись к границе известной нам Солнечной системы. В течение долгого времени в научных кругах ходила своего рода легенда о том, что за Плутоном находится неизвестная планета X. Будь это действительно так, планета исказила бы траекторию «Пионеров», поэтому в надежде обнаружить какие-либо отклонения ученые продолжали следить за движением аппаратов. Группа под руководством Джона Андерсона действительно обнаружила искажение траектории, но их результаты не соответствовали планете X и, более того, не вписывались в общую теорию относительности. «Пионеры» не имеют собственной тяги и движутся по инерции, поэтому сила притяжения со стороны Солнца (а также более слабые силы со стороны других тел в известной нам Солнечной системе) постепенно тормозит их движение. Однако они замедлились сильнее, чем ожидалось. В 1994 году Майкл Мартин предположил, что этот эффект стал достаточно заметным, чтобы поставить теорию Эйнштейна под сомнение, и в 1998 году команда Андерсона подтвердила: результаты наблюдений нельзя объяснить инструментальными погрешностями, газовыми облаками, давлением солнечного света или гравитационным притяжением отдаленных комет.

Вскоре трое ученых предложили свои объяснения аномалии. Двое из них видели причину в избыточной теплоте. «Пионеры» оборудованы ядерными генераторами, поэтому небольшое количество избыточной теплоты попадает в окружающее пространство. Давление излучения могло замедлить аппараты на наблюдаемую величину. Другое объяснение состоит в небольшой утечке топлива. Обдумав оба объяснения, Андерсон пришел к выводу, что оба не лишены недостатков.

Удивительнее всего то, что наблюдаемое торможение в точности совпадает результатом, который предсказывает оригинальная теория, разработанная в 1983 году Мордехаем Милгромом. Эта теория предлагает внести изменения не в закон тяготения, а в ньютоновский закон движения, согласно которому сила равна произведению массы на ускорение. Поправка Милгрома вступает в силу, когда ускорение очень мало, и была введена для решения другой загадки гравитации — ни теория Ньютона, ни теория Эйнштейна не в состоянии дать правильную оценку скорости вращения галактик. Обычное объяснение предполагает существование «холодной темной материи», которая оказывает гравитационное воздействие, хотя в телескоп ее увидеть нельзя. Если у галактик действительно есть ореол из холодной темной материи, то их скорость будет отличаться от скорости, рассчитанной только на основе данных о видимой материи. Многим физикам-теоретикам холодная темная материя приходится не по душе (ее нельзя наблюдать непосредственно — потому она и называется «холодной» и «темной»), так что теория Милгрома постепенно приобрела популярность. Дальнейшее изучение «Пионеров» покажет, справедлива она или нет.

Другое открытие связано с расширением Вселенной. Размер Вселенной увеличивается, однако наблюдения показывают, что ее отдаленные области расширяются быстрее, чем предсказывает теория. Этот поразительный результат, позднее подтвержденный более детальными исследованиями, был получен в рамках проекта «Supernova Cosmology» с Солом Перлмуттером во главе, а также проекта-конкурента «High-Z Supernova Search Team», возглавляемого Брайаном Шмидтом[35]. Визуально его можно представить в виде изгиба на графике зависимости видимой яркости сверхновой от ее красного смещения. Согласно общей теории относительности, график должен представлять из себя прямую линию, но на практике это не так. Поведение кривой указывает на то, что существует сила гравитационного отталкивания, но проявляется она только на чрезвычайно больших расстояниях — например, сравнимых с половиной радиуса Вселенной. По сути, это антигравитация.