Уильям Байнум - Краткая история науки [litres]

Этот принцип назвали космологической постоянной Фридмана, и из нее следует вывод, что материя одинаковым образом распространена во Вселенной. Само собой, есть локальные вариации. Земля намного плотнее, чем атмосфера вокруг нее, но если взять в большом масштабе, этот принцип работает. Сегодня космологи во многом базируются в своей работе на модели Фридмана, а иметь дело им приходится с такими мистическими объектами, как черные дыры и темная материя.

Двое членов Лондонского королевского общества обсуждали идею «темной звезды» еще в восемнадцатом веке. Ее современный эквивалент, черную дыру, смог описать гений математики Роджер Пенроуз (род. 1931), работавший в связке с блестящим физиком-теоретиком. Стивеном Хокингом (1942–2018). До ухода на пенсию Хокинг занимал ту же должность, что некогда Ньютон, он числился лукасовским профессором математики в Кембридже.

Вместе они описали черные дыры так, что их легко представить, хотя взгляду подобные объекты недоступны. Все по той причине, что они возникают в тех областях космоса, где постепенно сжимаются угасающие звезды. По мере того как их материя становится все более плотной, силы гравитации обретают такую мощь, что фотоны света оказываются пойманы в ловушку.

Существуют также супермассивные черные дыры.

В 2008 году после шестнадцати лет «охоты» с помощью телескопов в Чили было подтверждено существование подобного объекта – Стрелец А – в пределах Млечного пути. Астрономы, ведомые немцем Райнхардом Генцелем (род. 1952), наблюдали группы звезд, вращающихся вокруг черной дыры в центре галактики. Они использовали инструменты, работающие в инфракрасном диапазоне, поскольку между нами и черной дырой, расположенной в 27 тысячах световых лет от нас, имеется большое количество космической пыли.

Подобные супермассивные черные дыры могут играть роль в формировании галактик, вовлекать в него другую часть мироздания, которую мы тоже не можем наблюдать: темную материю. Предполагается, что на нее приходится куда больше Вселенной (23 процента), чем на видимые нашему глазу звезды, планеты, газ и пыль (4 процента).

Впервые концепция темной материи рассматривалась в 30-х годах, ее ввели, чтобы объяснить свойства некоторых участков пространства, где не все шло так, как было предсказано. Ученые поняли, что существует несоответствие между массой видимых частей Вселенной и силой гравитационного воздействия: чего-то недоставало.

В 70-х астроном Вера Рубин (род. 1928) изучала траектории движения звезд в окраинных областях галактик и увидела, что они перемещаются быстрее, чем должны. Традиционные гипотезы говорили, что чем дальше звезды от центра галактики, тем медленнее они должны вращаться вокруг этого центра. Темная материя могла обеспечить дополнительную силу гравитации, необходимую для ускорения.

Подобное непрямое доказательство существования темной материи было в общем принято. Но что такое темная материя на самом деле – тайна, разгадать ее ученым предстоит в будущем.

Современная космология появилась из теорий Эйнштейна, из тысяч и тысяч наблюдений, пропущенных через воронку компьютерного анализа, и из гамовской идеи Большого взрыва. Подобно многим другим хорошим научным гипотезам эта тоже претерпела значительные изменения со времени создания.

На самом деле, два десятилетия после того, как Большой взрыв был представлен в 1948 году, физики едва ли обращали внимание на проблему происхождения Вселенной. Теории Гамова пришлось иметь дело с другой схемой мироздания, именуемой «стационарной моделью», ее ассоциируют с именем астронома Фреда Хойла (1915–2001). Она пользовалась большой популярностью в пятидесятые годы.

Здесь у нас существует бесконечная Вселенная, в которой происходит постоянное создание новой материи, и у этой Вселенной нет ни начала, ни конца. Но увы, оказалось столько сложностей с приложением этой гипотезы к реалиям пространства, что ее научная жизнь выдалась короткой.

Итак, сейчас физики располагают информацией о короткоживущих частицах и силах, полученной с помощью ускорителей. Они наблюдают за самыми удаленными регионами космоса, они в состоянии постоянно совершенствовать гипотезу Большого взрыва. В деталях существуют расхождения, и даже не все фундаментальные принципы понимаются всеми одинаково, но в этом нет ничего необычного для науки.

Большой взрыв может объяснить большую часть того, что мы наблюдаем, включая красное смещение удаленных звезд, реликтовое космическое излучение и фундаментальные силы атомного уровня, он находит место для черных дыр и темной материи. Чего модель не в силах сделать – ответить на вопрос, почему случился Большой взрыв, но мы уже говорили, что наука имеет дело с «как», а не с «почему».