Всё из ничего: Как возникла Вселенная

В то время самой серьезной претензией к заявлению об открытии ускорения расширения Вселенной был вопрос о том, не могут ли далекие сверхновые казаться более тусклыми, чем должны, не из-за ускоренного расширения, а просто потому, что они либо (а) действительно тусклее, либо (б) их частично затеняет некая межгалактическая или галактическая пыль из эпохи ранней Вселенной. Однако прошло уже 10 лет, и за это время нашлось невероятно много убедительных свидетельств в пользу ускорения, и эта гипотеза, можно сказать, уже безупречна. Во-первых, было исследовано намного больше сверхновых с сильным красным смещением. Во-вторых, обе исследовательские группы в течение года после первой публикации проделали совместный анализ накопленных данных, и у них получилась вот такая закономерность:

Чтобы легче было разобраться, куда изгибается кривая «расстояние – красное смещение» – вверх или вниз, ученые провели на верхнем графике пунктирную прямую из левого нижнего угла в правый верхний, чтобы она проходила через точки, представляющие ближайшие сверхновые. Наклон этой линии говорит нам о сегодняшнем темпе расширения. Затем на нижнем графике ученые для наглядности вычли эту составляющую, чтобы пунктирная линия пошла горизонтально. Если бы расширение Вселенной замедлялось, как все думали в 1998 г., то далекие сверхновые с красным смещением Z ближе к 1 оказывались бы ниже прямой линии. Однако, как вы видите, большинство попадает выше прямой линии. На то может быть одна из двух причин: 1) данные ошибочны или 2) Вселенная расширяется с ускорением.

Если мы на миг допустим, что верна вторая альтернатива, и спросим, сколько энергии нужно вложить в пустое пространство, чтобы добиться наблюдаемого ускорения, то получим очень интересный ответ. Сплошная кривая, которая лучше всего совпадает с данными, соответствует плоской Вселенной, где 30 % энергии заключено в веществе, а 70 % – в пустом пространстве. Примечательно, что как раз это и нужно, чтобы получить плоскую Вселенную, соответствующую тому факту, что только 30 % всей требуемой массы находится в галактиках, скоплениях галактик и вокруг них. Как видно, достигнуто полное согласие.

Но, поскольку заявление, что 99 % Вселенной невидимы (1 % видимого вещества заключен в океане темного вещества и погружен в энергию пустого пространства), подпадает под категорию экстраординарных, нам придется всерьез взвесить первую из двух возможностей: данные могут быть ошибочны. Так вот, за прошедшее десятилетие все прочие космологические данные последовательно укрепляли общее согласие с картиной совершенно несуразной плоской Вселенной, где преобладающая энергия заключена в пустом пространстве и где все, что мы видим, составляет менее 1 % общей энергии, а то вещество, которое мы не видим, состоит в основном из каких-то еще не известных элементарных частиц принципиально нового вида.

Во-первых, данные об эволюции звезд стали значительно точнее, поскольку новые спутники снабжают нас информацией о содержании химических элементов в старых звездах. На основании этих данных мы с коллегой Шабойе в 2005 г. сумели убедительно показать, что неопределенность в оценках возраста Вселенной так мала, что уже можно вычеркнуть все варианты моложе 11 млрд лет. Это не соответствовало никакой из моделей Вселенной, где пустое пространство содержит значительное количество энергии. Опять же, поскольку мы не уверены, что эта энергия обязана своим существованием именно космологической постоянной, сейчас она называется проще – темная энергия, по аналогии с темным веществом, которое доминирует в галактиках.

Эта оценка возраста нашей Вселенной была значительно улучшена примерно в 2006 г., когда зонд WMAP провел измерения реликтового излучения с большой точностью и позволил точно измерить время, прошедшее от Большого взрыва. Теперь мы знаем возраст Вселенной с точностью в четыре значащие цифры – он составляет 13,72 млрд лет!

Я и представить себе не мог, что застану те времена, когда мы сможем добиться такой точности. Но теперь, раз уж у нас это получилось, мы можем подтвердить, что Вселенная с измеренной скоростью расширения сегодня совершенно невозможна без темной энергии, а особенно без такой темной энергии, которая ведет себя именно так, как вела бы себя энергия, представленная космологической постоянной. Иначе говоря, это энергия, которая, похоже, остается неизменной во времени.

Следующий научный прорыв позволил наблюдателям точно измерить, как вещество в виде галактик с течением времени собралось в скопления. Результат зависит от темпа расширения Вселенной, поскольку сила притяжения, стягивающая галактики вместе, вынуждена соперничать с космическим расширением, которое расталкивает вещество. Чем больше энергия пустого пространства, тем быстрее она начнет преобладать в общей энергии Вселенной и тем скорее растущий темп расширения остановит гравитационный коллапс вещества на еще более крупных масштабах.