Наука Плоского мира. Книги 1-4

Вторая трудность проистекает из наблюдаемых «кривых вращения» галактик. Галактики не вращаются подобно твердому объекту звезды, расположенные на разных расстояниях от центра, движутся с различными скоростями. Звезды, находящиеся в центральном утолщении галактики, движутся довольно медленно; более удаленные быстрее. Тем не менее, звезды, расположенные за пределами центрального утолщения, имеют примерно одинаковую скорость. Для теоретиков это загадка, поскольку гравитация как в теории Ньютона, так и в теории Эйнштейна требует, чтобы скорость движения звезд уменьшалась по мере их удаления от центра. Почти все галактики ведут себя таким неожиданным образом, что входит в противоречие с результатами многих наблюдений.

Третьей проблемой стало открытое в 1998 году ускоренное расширение Вселенной, которое согласуется с положительным значением космологической постоянной. В основе этого открытия, удостоенного в 2011 Нобелевской премии по физике, лежат наблюдения красного смещения в сверхновых типа Ia, выполненные группой High-Z Supernova Search Team (группа поиска сверхновых с высоким красным смещением).

Общепринятое в космологии решение этих проблем основано на трех дополнительных предположениях. Во-первых, это инфляция, в результате которой Вселенная увеличилась до колоссальных размеров за чрезвычайно короткое время. Количественные данные поражают воображение в промежутке между 10^-36 и 10^-32 секунд после Большого взрыва объем Вселенной возрос по меньшей мере в 10⁷⁸ раз. Причиной такого быстрого роста взрыва, куда более внушительного, чем тот слабенький Большой взрыв, который положил всему начало стало, как утверждается, инфлатонное поле. (Не «инфляционное»: инфлатон это в общем, квантовое поле, вызывающее инфляцию). Теория отлично согласуется со множеством наблюдений. Главное затруднение состоит в отсутствии непосредственных фактов, подтверждающих существование инфлатонного поля.

Для решения проблемы галактических кривых вращения, специалисты по космологии выдвинули гипотезу о существовании темной материи. Это разновидность материи, которую нельзя обнаружить по испускаемому ей излучению, потому что такого излучения нет во всяком случае, его количество слишком мало, чтобы мы могли обнаружить его с Земли. Есть основания полагать, что значительная часть материи во Вселенной может быть недоступна для наблюдения, однако выводы, основанные на косвенных фактах, приводят нас к заключению о том, что темная материя, чем бы она ни была в действительности, не состоит из тех же самых фундаментальных частиц, с которыми мы имеем дело на Земле. Это довольно-таки чуждая нам форма материи, которая взаимодействует со всем остальным, главным образом, посредством силы тяготения. Пока что не было зафиксировано ни одной подобной частицы, но есть несколько конкурирующих гипотез насчет их вероятной природы на данный момент лидируют вимпы, или слабовзаимодействующие массивные частицы.

Ускоренное расширение Вселенной приписывается «темной энергии», которая по большом счету представляет собой лишь название для «чего-то, заставляющего Вселенную расширяться с ускорением» впрочем, справедливости ради стоит заметить, что к этому понятию прилагается детальный свойств, которыми должна обладать темная энергия и гипотезы о ее возможной природе. Одним из вариантов является космологическая постоянная Эйнштейна.

До недавнего времени эта троица богов из машины помогала устранить наиболее заметные расхождения между наивной теорией Большого взрыва и все более сложными наблюдениями. Несмотря на то, что все три концепции высосаны из пальца и не находят широкого подтверждения по результатам независимых наблюдений (за исключением тех фактов, для объяснения которых они и были придуманы), введение их в современную физику можно обосновать, исходя из практических соображений: они сработали, а их альтернативы по-видимому, нет. Теперь же мы все лучше осознаем тот факт, что первое утверждение уже не соответствует действительности, чего, к сожалению, не скажешь о втором. По мнению растущего в среде космологов меньшинства, три бога из машины это, как минимум, на два больше, чем нужно для комфортного существования.

Теперь мы понимаем, что если инфлатонное поле действительно существует, оно не включается ради нашего удобства всего на один раз, а затем перестает действовать, хотя именно такое допущение подразумевается в традиционном объяснении структуры Вселенной. Напротив, инфлатонное поле может проявлять себя многократно, в любое время и в любом месте. Это приводит к сценарию так называемой хаотической инфляции, при которой наша область Вселенной представляет собой всего лишь один из раздувшихся пузырьков в ванне, наполненной космической пеной. Очередной период инфляции может начаться в вашей гостиной уже сегодня днем и моментально раздуть ваш телевизор на пару с кошкой в 10⁷⁸ раз.