Нил Тайсон - Астрофизика с космической скоростью, или Великие тайны Вселенной для тех, кому некогда

Если взять плотность вещества-энергии во Вселенной и поделить на плотность вещества-энергии, которая нужна, чтобы всего лишь остановить расширение (так называемая «критическая плотность»), получится омега.

Поскольку и масса, и энергия заставляют пространство-время искажаться, то есть искривляться, омега говорит нам о форме космоса.

Если омега меньше единицы, то реальное значение массы-энергии падает ниже критического, и Вселенная расширяется вечно, во всех направлениях и все время, принимая форму седла, при которой изначально параллельные линии расходятся.

Если омега равна единице, Вселенная расширяется вечно – но скорость ее расширения все время уменьшается. В этом случае она плоская, и в ней работают геометрические законы, которые мы изучали в школе: в частности, параллельные прямые не пересекаются.

Если омега больше единицы, параллельные линии сходятся, Вселенная свертывается и, в конце концов, превращается в тот же огненный шар, каким была вначале.

С тех самых пор, как Хаббл открыл расширение Вселенной, ни одной группе экспериментаторов ни разу не удалось получить омегу, хоть сколько-нибудь близкую к единице. Сумма всей массы и энергии, которую удалось зарегистрировать при помощи телескопов, и даже самые смелые экстраполяции с учетом темного вещества давали в лучшем случае Ω = 0,3. Согласно этой экспериментальной картине Вселенная получалась «открытой» для любых переговоров и скакала в бесконечное будущее в ковбойском седле.

Тем временем, начиная с 1979 года, американский физик Алан Гут из Массачусетского технологического института и другие ученые работали над поправкой к теории Большого взрыва, которая позволяла избавиться от некоторых неприятных осложнений, не позволявших получить модель Вселенной, наполненной веществом и энергией так равномерно, как наша. Фундаментальный побочный продукт этой поправки к теории Большого взрыва – омега, приближающаяся к единице. Не к одной второй. Не к двум. Не к миллиону. К единице.

Впрочем, едва ли на свете нашелся физик-теоретик, который не согласился бы с этим условием, поскольку оно помогало объяснить глобальные свойства нынешней Вселенной Большим взрывом. Однако оставалась одна маленькая трудность: согласно поправке, во Вселенной было втрое больше массы-энергии, чем наблюдали экспериментаторы. Теоретиков это не смутило: значит, заявили они, экспериментаторы плохо искали.

По всем расчетам видимое вещество обеспечивает не больше 5 % критической плотности. А как же загадочное темное вещество? Его тоже посчитали. Ни тогда, ни сейчас никто не знал, что это такое, но свой вклад в общую сумму оно точно вносит. Темного вещества в пять-шесть раз больше, чем видимого. Но и этого еще мало. Экспериментаторы растерялись, а теоретики настаивали: «Ищите дальше». В каждом лагере были уверены, что в другом ошибаются, – пока не открыли темную энергию. Этого компонента хватило, чтобы в сочетании с обычными веществом и энергией и темным веществом поднять плотность до критической отметки. К вящему удовольствию как теоретиков, так и экспериментаторов.

Теоретики и экспериментаторы впервые пришли к миру и согласию. Оказалось, правы и те и другие – по-своему. Омега и правда равна единице, как требовали от Вселенной теоретики, хотя эту величину и не получить простым сложением всего вещества, и обычного, и темного, как они предполагали по наивности. Сегодня в космосе не больше вещества, чем рассчитывали наблюдатели. Никто не ожидал, что в космосе есть столько темной энергии, и тем более никто не думал, что именно она станет великим миротворцем.

Что же это такое? Никто не знает. Самая правдоподобная догадка – что темная энергия представляет собой квантовое свойство космического вакуума, который вовсе не пуст, а полон частиц и их двойников из антивещества. Они то возникают, то аннигилируют, и происходит это так быстро, что их не успевают зарегистрировать. Потому-то их и прозвали виртуальными частицами – за эфемерность. Великое наследие квантовой физики – науки о микромире – требует, чтобы мы отнеслись к этой гипотезе очень серьезно. Каждая пара виртуальных частиц оказывает на окружающее пространство крошечное давление, когда ненадолго вторгается в него. К сожалению, если оценить суммарное отталкивающее «давление вакуума», которое дают за свою краткую жизнь виртуальные частицы, результат окажется более чем в 10 120раз больше, чем экспериментально полученное значение космологической постоянной. Этот множитель обескураживающе огромен: перед нами самое крупное расхождение теории и наблюдений за всю историю науки.