11.01.2011 00:10

"Темная энергия" - таинственная сила Вселенной

До нашей Вселенной существовала другая, а та, в которой мы живем, — плоская. Эти два открытия 2010 года перевернули представления человека об эволюции космоса. Ученые доказали, что масса Вселенной на 70 процентов состоит из таинственной "темной энергии", которая ускоряет ее расширение. Если обе теории подтвердятся, это может стать новым шагом в познании мира.

Фото: Фото: AP

Первое открытие было сделано одним из самых блестящих физиков нашего времени — Роджером Пенроузом из Оксфордского университета. Он задался вопросом: а что предшествовало Большому взрыву, в результате которого согласно доминирующей теории образовались время, материя и пространство?

В результате проведенных исследований Пенроуз обнаружил доказательства существования другой вселенной, предшествовавшей нашей. И вообще, по мнению ученого, развитие мироздания происходит циклически: вселенные рождаются, умирают и вновь рождаются из своего же пепла, проживая периоды, которые физик назвал "эонами". Его теория позволяет объяснить, почему изначально Вселенная была очень упорядоченной, что позволило сформироваться очень сложным объектам.

Второе исследование, опубликованное в Nature, провели Кристиан Маринони и Эдлин Буцци, французские физики из Университета Прованса. Оно возвращает нас к давно забытой теории Альберта Эйнштейна о том, что наша Вселенная плоская. В свое время Эйнштейн отказался от нее, посчитав ошибочной. Однако именно такая форма Вселенной позволила объяснить существование "темной энергии" — главной движущей силы Вселенной. Французские исследователи доказали, что масса Вселенной на 72 процента состоит из этой энергии, которая ускоряет ее расширение.

Сегодня доминирует теория о том, что Вселенная возникла 13 700 миллионов лет назад из одной точки большой плотности, которая в результате Большого взрыва в первые мгновения существования представляла собой "горячий суп" из не связанных в атомы свободных частиц. Температура этого "супа" составляла тысячи миллионов градусов (эти условия были недавно с успехом воспроизведены в Большом адронном коллайдере — LHC). Зародившись, Вселенная стала быстро расширяться и охлаждаться, частицы начали формировать первые простейшие атомы (водорода), а силы гравитации на протяжении долгого времени работали на то, чтобы объединить атомы в материю звезд и галактик.

Фото: AP

Один из наиболее актуальных вопросов — вопрос о том, почему после Большого взрыва темп расширения Вселенной не только не замедлился, но увеличивается? В результате ученые пришли к выводу, что это в большой степени зависит от массы содержащегося в ней вещества. Если общая масса вещества Вселенной достаточна для того, чтобы сила гравитации (которая тем больше, чем больше масса) преодолела первичную центробежную силу Большого взрыва, тогда расширение Вселенной будет остановлено и даже может привести к ее свертыванию — коллапсу, который ученые называют Большим хрустом. Однако, если общая масса недостаточна, ничто не сможет остановить расширение Вселенной, она будет стремиться стать большой черной пустотой, где в конце концов погаснет последняя звезда.

Читайте также: Черная дыра — "рентген" космоса

Осталось измерить массу Вселенной, однако наука встретилась здесь со многими сюрпризами. Первый состоит в том, что обычное вещество, из которого состоят галактики, звезды и планеты и которое существует как свет и другое измеряемое излучение, составляет всего 5 процентов от всей массы Вселенной, что абсолютно недостаточно, чтобы затормозить ее разбег. Другие 25 процентов соответствуют другому "типу материи", который не может напрямую быть обнаружен нашими приборами, поскольку ничего излучает. Эта материя известна под именем "темная". Мы знаем, где она находится (так называемые "черные дыры"), потому что можем измерить изменения гравитации, но никто никогда не смог "увидеть" ее.Можнолишьстроить предположения насчет того, из каких частиц она может состоять.

Действительно, а какими свойствами должны обладать эти частицы? Совершенно очевидно, они не должны распадаться на другие, более легкие, иначе им давно пришлось бы распасться за все время существования Вселенной. Сам этот факт свидетельствует о том, что в природе действует новый, не открытый пока закон сохранения, запрещающий этим частицам распадаться. Аналогия здесь с законом сохранения электрического заряда: электрон — это легчайшая частица с электрическим зарядом, и именно поэтому он не распадается на более легкие частицы (например, нейтрино и фотоны).

Далее, частицы темной материи чрезвычайно слабо взаимодействуют с нашим веществом, иначе они были бы уже обнаружены в земных экспериментах. Собственно говоря, на этом знания ученых об этих интересных частицах заканчиваются и начинается непаханое поле догадок и предположений.

Итак, с темной материей, составляющей те самые 25 процентов, хоть что-то понятно. Но что же представляют собой остальные 70 процентов? Ученые не в состоянии пока дать определенного ответа на этот вопрос и используют термин "темная энергия". Однако про нее известно еще меньше, чем про темную материю.

Фото: AP

Самое необычное во всем этом то, что темная энергия в определенном смысле испытывает антигравитацию. Именно благодаря этому расширение Вселенной не замедляется, а ускоряется. Такая картина, вообще говоря, не противоречит общей теории относительности, однако для этого темная энергия должна обладать специальным свойством — отрицательным давлением. Это резко отличает ее от обычных форм материи. Не будет преувеличением сказать, что природа темной энергии — главная загадка фундаментальной физики XXI века. Хотя один кандидат на эту роль уже имеется — обычный, известный всем вакуум. Правда, его природа также до сих пор остается весьма загадочной.

Именно эта сила предположительно определяет увеличение скорости разбега Вселенной. Именно эту темную энергию исследовали Пенроуз и ученые из Франции. Пенроуз проанализировал данные, полученные со спутника WMAP (который измерял микроволновое излучение, пронизывающее всю Вселенную и являющееся следом Большого взрыва). Он обнаружил структуры распределения в виде концентрических кругов, которые можно объяснить как следы существования других вселенных (наложение старого излучения на новое). Это означает, что наша Вселенная одна в череде многих и придет время, когда она умрет и возродится в результате нового Большого взрыва. Перед "смертью" Вселенная станет "гладкой и линейной".

Этот вывод подтверждают Буцци и Маринони, которые доказали, измеряя искажения света, идущего от 500 пар галактик, что мы живем в плоской вселенной, а не изогнутой или сферической, как многие думали. Отталкиваясь от постулата, что геометрические измерения можно использовать для определения состава Вселенной, ученые изучили распределение взаимной ориентации пар галактик, обращающихся друг вокруг друга. Во Вселенной без темной энергии это распределение было бы сферически симметричным, то есть количество пар, ориентированных в любом из направлений, было бы одинаковым.

Наблюдения показали, что на самом деле чем дальше от Земли находятся пары галактик, тем более асимметричным было распределение их ориентации, — больше пар было расположено вдоль луча обзора от Земли. Кроме того, если бы Вселенная была сферической или изогнутой, то мы видели бы изображение галактик деформированным, как если бы смотрелись в металлический мяч и видели там свое искаженное лицо. В плоском пространстве искажений нет, что и было отмечено.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"