Наша Вселенная скорее гладкая, чем ячеистая

Три фотона разровняли Вселенную

Исследования американского астрофизика Роберта Немироффа показали, что структура пространства и времени во Вселенной скорее гладкая, нежели ячеистая. Ученый проследил путь трех гамма-фотонов, который продолжался около семи миллиардов световых лет. Эти фотоны попали на детектор телескопа Fermi одновременно, хотя обладали различной длиной волны.

Фото:

Напомню, что данный спор начался еще в прошлом веке, когда физики в очередной раз попытались объединить концепции, описывающие макромир с положениями квантовой механики. Согласно некоторым теориям (здесь уместно будет вспомнить схему ячеистой Вселенной, предложенную академиком Зельдовичем), все наше мироздание квантовано в масштабах планковской длины и времени (равных 1,6 ·10^-33 см и 5,4 ·10^-44 с соответственно). Исходя из этого логично предположить, что на микроскопическом уровне наша Вселенная представляет собой сеть, состоящую из ячеек, внутри которых плотность вещества значительно выше, чем вне таковых.

Впрочем, имеются и альтернативные гипотезы, согласно которым пространственно-временная ткань Вселенной является гладкой и непрерывной. Приверженцы этих взглядов постоянно дискутируют со сторонниками версии "квантовых ячеек", хотя до последнего времени их споры носили чисто теоретический характер. Ведь поставить эксперимент, который бы опроверг одну гипотезу и доказал справедливость другой, до сих пор весьма и весьма затруднительно.

Однако недавняя работа, выполненная астрофизиком из Мичиганского технологического университета Робертом Немироффым, наконец-то предоставила убедительные доказательства в пользу версии о "гладкой" Вселенной. Согласно его исследованиям, никакого квантования пространства-времени в космосе не обнаруживается. А поводом для подобного заявления послужило изучение всего-то трех фотонов разных длин волн, уловленных чувствительными датчиками орбитального гамма-телескопа Fermi в мае 2009 года.

Эти частицы родились за семь миллиардов световых лет от Земли в одной из вспышек гамма-всплеска, которые представляют собой наиболее мощные и концентрированные выбросы энергии в современной Вселенной. Представьте себе — всего лишь за несколько секунд они выделяют ее больше, чем наше Солнце за всю свою жизнь. Известно, что эти самые гамма-всплески порождают потоки высокоэнергетических фотонов жесткого гамма-диапазона. И хотя природа этих таинственных всплесков до сих пор неизвестна, но вот рожденные ими лучи ученые часто используют в качестве "зондов" для исследования структуры пространства.

Так вот, три гамма-фотона, появившиеся в неизведанных пока что глубинах космоса, достигли детектора Fermi практически одновременно (если точнее, в пределах интервала в 1 мс). Это само по себе подозрительно. Ведь если Вселенная действительно представляет собой "планковскую пену", состоящую из "пузырьков" невероятно мелких размеров, то проходящие сквозь нее фотоны, обладающие высокой энергией, будут взаимодействовать с этими пузырьками. А раз есть взаимодействие, то оно неизбежно будет приводить к рассеиванию потока. Следовательно, даже два фотона одновременно не могут быть зафиксированы детектором.

Кстати, данное рассеивание будет зависеть от точного значения длины волны каждого фотона. Вообще-то, оно не слишком сильное, поэтому на коротких дистанциях его достаточно сложно заметить. Однако в данном случае речь идет о миллиардах световых лет — при таких расстояниях отклонение должно накапливаться. В итоге три фотона, чья длина волны различна (а те, что "поймал" детектор Fermi, как раз такими и были), должны будут значительно разойтись и в пространстве, и во времени.

Тем не менее, данные Fermi этого не подтвердили. Следовательно, приходится признать, что за время пути эти частицы не взаимодействовали с чем-то, что могло отклонить их от намеченного курса. То есть никаких препятствий для их движения во Вселенной не было. Этот факт сразу же ставит под сомнение модель мироздания, рисующую его как "планковскую пену", состоящую из маленьких, но плотных пространственно-временных ячеек.

"Наше исследование показало, что Вселенная на планковских расстояниях остается гладкой. Во всяком случае, никаких следов неоднородностей пока обнаружить не удается", — так прокомментировал результаты работы сам профессор Немирофф. Он также добавил, что данное исследование ценно еще и тем, что наконец-то смогло перевести старую дискуссию из чисто теоретических рассуждений в область практической экспериментальной науки.

Однако противники гипотезы "гладкой" Вселенной утверждают, что исследования Немироффа не могут служить доказательством отсутствия "планковской пены". Они говорят, что три фотона — это очень мало для того, чтобы построить статистически достоверную картину мироздания. В конце концов, любая случайность могла повлиять на то, что эти частицы не подверглись рассеиванию. Например, данный пучок был настолько узкий, что мог проходить сквозь ячейки, не взаимодействуя с ними.

Однако все участники дискуссии сходятся в одном — для прояснения картины нужны новые исследования и эксперименты. И ценность работы Немироффа заключается в том, что она показала, где именно нужно искать доказательства, то есть заложила методологическую базу для экспериментального изучения структуры Вселенной…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"