Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

Хотя мысли об устройстве Вселенной волновали человека всегда, с самых древних времен, в современном виде история космологии начинается с первых десятилетий XX века. Если переводить слово «космология» буквально — а происходит оно от греческих слов «kosmos» (порядок, гармония, мир) и «logos» (слово, рассуждение), — то у нас получится «рассуждение о миро­вом порядке». В принципе под это определение можно подвести практически любую науку, не говоря уже о философии. Однако общепринятый ныне смысл термина «космология» несколько более узкий — так называется раздел науки, занимающийся про­исхождением, строением и эволюцией всей нашей Вселенной в целом.

Но доля правды в буквальном переводе есть — современ­ная космология является синтезом многих естественных наук¹ (в первую очередь, конечно, астрономии, физики и химии) и ак­тивно использует их инструменты и методы исследования. Более того, космологические открытия зачастую поднимают большое количество мировоззренческих вопросов, так что, получается, космология представляет интерес даже для философов.

При этом есть одно принципиальное отличие современной космологии от остальных наук. Как известно, основой науки является эксперимент, его проверяемость и повторяемость. Но Вселенная у нас существует в одном экземпляре (впрочем, в даль-

¹ В дальнейшем под словом «науки» всегда будут пониматься «естествен­ные науки». С сожалением вынуждены признаться, что по крайней мере один из авторов целиком и полностью разделяет точку зрения велико­го нашего физика Льва Ландау: что науки бывают «сверхъестественные, естественные и неестественные». Причем стоит заметить, что к сверхъес­тественным наукам он относил одну лишь математику. В другой же ре­дакции высказывание звучит еще более жестко: «естественные, неесте­ственные и противоестественные». — Примеч. авт.

300

— Вселенная как она есть —

нейшем будет рассказано о гипотезах, данный постулат слегка корректирующих), и никакое экспериментирование с ней — к со­жалению или, скорее, к счастью — невозможно.

Данное обстоятельство не столь умозрительно, как это может показаться с первого взгляда. Так, в качестве иллюстрации, ка­кие реальные проблемы оно порождает, можно привести следу­ющий пример. Чуть дальше будет рассказано о реликтовом излу­чении — «эхе» Большого Взрыва, дошедшем до наших времен, и о его анизотропии (т. е. о неоднородности распределения темпе­ратуры реликтового излучения по небу). Так вот, при изучении данной анизотропии на больших масштабах (когда два направ­ления на небе разделяет большой угол) возникает так называе­мая проблема cosmic variance.

Cosmic variance в буквальном переводе с английского означа­ет «космическое отклонение» (или — для знакомых с основами математической статистики это скажет больше — «космическая дисперсия»), но общепринятого русскоязычного термина до сих пор не существует. Смысл данной проблемы заключается в следу­ющем: процессы, приведшие к образованию анизотропии, носят вероятностный характер. Таким образом, все измеряемые нами величины неизбежно будут иметь статистическую (т. е. неустра­нимую в принципе) ошибку, уменьшить которую можно, только увеличивая число экспериментов. Например, если мы бросим монетку два раза, то не будет ничего удивительного, если оба раза выпадет «орел». Добиться, чтобы «орел» выпал примерно в половине случаев, как это предсказывает теория вероятности, можно лишь большим числом подкидываний (экспериментов).

Но Вселенная, как уже было сказано, у нас всего одна. Все, что произошло, — произошло один раз, переиграть нельзя. Для анизотропии на малых масштабах положение спасает то, что та­ких маленьких пятнышек на небе можно выделить много, так что усреднять можно по ним. А вот с анизотропией на больших масштабах помочь не может ничто. И это очень жаль, потому что (как, опять же, будет рассказано далее) влияние загадочного лямбда-члена («темной энергии») на анизотропию реликтового

301

— Часть VI —

излучения наиболее явно проявляется именно на больших мас­штабах.

Впрочем, мы немного забежали вперед. Итак, космология в современном понимании, как уже было сказано, возникла в на­чале XX века. Вообще начало XX века было поистине «золотым веком» физики. Ведь именно тогда были созданы две теории, ко­торые легли в фундамент всего современного здания физики, — теория относительности и квантовая теория. Разумеется, не ста­ла исключением и космология, ныне она широчайшим образом использует весь аппарат, результаты и выводы этих двух теорий. Однако, не умаляя роли квантовой теории, не будет преувеличе­нием сказать, что именно теория относительности не просто лег­ла в основу, а была тем самым решающим толчком, приведшим к созданию космологии как науки.