Pro темную материю

В этой книге нельзя не рассказать об Алане Гуте, американском физике и космологе, авторе теории инфляционной Вселенной, окончившего Массачусетский технологический институт, в котором он работает до сих пор. Отправной точкой для разработки этой теории послужило посещение лекции Боба Дикке по «проблеме плоскости». Дикке и Пиблс выступали с лекциями и объясняли слушателям, что судьба Вселенной зависит от того, сколько материи имеется во Вселенной – ее должно быть достаточно, чтобы прекратить расширение.

Алан Гут предложил свою версию теории Большого взрыва. Его модель была названа «инфляционной Вселенной». Суть ее в том, что внутри быстро расширяющейся перегретой Вселенной небольшой участок пространства охлаждается и начинает расширяться сильнее, подобно тому как переохлажденная вода стремительно замерзает, расширяясь при этом. Эта фаза быстрого расширения позволяет устранить некоторые проблемы, присущие стандартным теориям Большого взрыва. Но по сути в результате сложных математических выкладок у Гута получился расширяющийся пузырь однородного газа, как описывали теорию Гута его критики, в числе которых оказался и Стивен Хокинг.

Теория Гута и правда имеет ряд недостатков. Например, в ней ничего не говорится о происхождении перегретой и расширяющейся материи. Гут проверил совместимость своей инфляционной теории с тремя гипотезами происхождения Вселенной.

Алан Гут, американский физик, космолог, автор теории инфляционной. Вселенной (род. в 1947)

Первой была рассмотрена стандартная теория Большого взрыва. В этом случае, по мнению Гута, расширение (инфляция) должно было произойти на одной из ранних стадий эволюции Вселенной. В соответствии с второй гипотезой Вселенная возникла из хаоса. Некоторые ее участки были горячими, другие – холодными, одни расширялись, а другие сжимались. В этом случае инфляция должна была начаться в перегретой и расширяющейся области Вселенной. Отдать должное, Гут признает, что эта модель не может объяснить происхождение первичного хаоса. Третья гипотеза – перегретый расширяющийся сгусток материи возникает квантово-механическим путем из пустоты.

Чтобы уравнения правильно описывали инфляционную Вселенную, Гуту пришлось очень точно задавать исходные параметры для своих уравнений, и он столкнулся с той же проблемой, что и создатели других теорий. Гут надеялся избавиться от необходимости задавать точные параметры условий Большого взрыва, но для этого ему пришлось вводить собственную параметризацию: без параметризации исходного состояния Вселенной невозможно получить наблюдаемое распределение материи. Гут и некоторые его коллеги просто допустили, что в какой-то момент вместо крошечной частицы из вакуума появилась целая Вселенная, и вместо того, чтобы сразу исчезнуть, эта Вселенная каким-то образом просуществовала миллиарды лет. Но может ли вообще какая-нибудь версия теории Большого взрыва предсказать наблюдаемое распределение материи во Вселенной?

Одинаковый результат

8 января 1998 года произошла историческая пресс-конференция в отеле «Вашингтон Хилтон». На ней присутствовали четверо астрономов, представители четырех разных команд. Группу из Беркли представлял сам Сол Перлмуттер, группу Шмидта – Питер Гарнавич, также присутствовали Нета Бахколл, занимавшаяся скоплениями галактик, и Рут Дейли, изучавшая космические объекты путем исследования их электромагнитного излучения в диапазоне радиоволн и регистрацией космического радиоизлучения с помощью радиотелескопов. Несмотря на то, что они представляли разные и даже конкурирующие группы, все пришли к единому выводу: Вселенная будет расширяться вечно. На пресс-конференции Перлмуттер рассказал о результатах работы своей группы: открытии больше сорока сверхновых и, главное, доказательства действенности предложенного метода. Физическую науку стало возможно использовать для открытия больших тайн.

Затем Перлмуттер выступил на заседании Астрономического Общества, и там, в частности, было показано два возможных варианта судьбы Вселенной – без Большого взрыва и после него. Его группа представила все данные, собранные ими по более сорока сверхновым, добавив к уже имевшимся, и получалось, что да: Вселенная будет расширяться вечно, но чтобы вообще существовать, она не может состоять только из материи. Нужно что-то еще. Похоже, в космологии начиналась новая эра.

Спустя месяц в Калифорнии состоялась конференция, посвященная изучению скрытой массы во Вселенной, с докладами и сообщениями об открытии ускоренного расширения Вселенной выступили Герсон Голдхабер и Сол Перлмуттер, а затем Алексей Филиппенко, представивший результаты группы Шмидта.