Лоуренс Краусс - Всё из ничего [litres]

Теперь рассмотрим сгусток вещества размером меньше 300 000 световых лет. Этот сгусток начинает коллапсировать под воздействием собственной гравитации. Однако сгусток размером больше 300 000 световых лет даже не начнет этого делать, потому что он еще не «знает», что является сгустком. Гравитация сама по себе распространяется со скоростью света, поэтому не успевает пересечь сгусток целиком. То есть этот сгусток, совсем как герои американского мультика про Хитрого койота и Дорожного бегуна, когда они сбегают с утеса и зависают в воздухе над обрывом, сидит и ждет, когда Вселенная станет старше, – и только тогда он поймет, что ему пора схлопываться!

Рассмотрим этот особый треугольник, одна из сторон которого равна 300 000 световым годам и удалена от нас на известное расстояние – расстояние до поверхности последнего рассеяния, как показано на рисунке.

Самые большие сгустки материи, которые уже начали схлопываться, создавая нарушения в общей картине реликтового излучения, будут иметь как раз такие угловые размеры. Если мы сможем получить изображение этой поверхности, какой она была в то время, можно ожидать, что «горячие пятна» в среднем будут как раз самыми крупными сгустками, видимыми на нем.

Однако будет ли максимальный угол, под которым видна эта дистанция, составлять ровно 1°, на самом деле определяется геометрией Вселенной. В плоской Вселенной световые лучи описывают прямые линии. В открытой Вселенной световые лучи, когда прослеживаешь их обратно во времени, изгибаются наружу, а в замкнутой – сходятся. Таким образом, то, под каким углом мы увидим линейку длиной 300 000 световых лет, расположенную на расстоянии, связанном с поверхностью последнего рассеяния, зависит от геометрии Вселенной – это видно из рисунка.

Таким образом, мы получаем прямой и надежный способ определить геометрию Вселенной. Поскольку размер самых больших горячих и холодных пятен на общей картине реликтового излучения зависит лишь от принципа причинности – от того, что гравитация распространяется только со скоростью света, и, следовательно, размеры самой большой области, которая могла в то время сколлапсировать, зависят только от того, на какое максимальное расстояние мог распространиться луч света в то время, – и поскольку угол, под которым мы видим линейку фиксированной длины, определяется исключительно кривизной Вселенной, то простая картина поверхности последнего рассеяния и покажет нам, какова крупномасштабная геометрия пространства – времени.

Первый эксперимент, в ходе которого попытались проделать подобное наблюдение, был проведен на аэростате в Антарктиде в 1997 г. и назывался BOOMERanG [15] BOOMERanG расшифровывается как Balloon Observations of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics, «Аэростатные наблюдения миллиметрового внегалактического излучения и геофизика». – Прим. ред. . Повод для выбора такого названия был очевиден: к высотному аэростату прикрепили микроволновой радиометр, как можно увидеть на фото.

Затем аэростат облетел вокруг света, что в Антарктике проделать несложно. На самом Южном полюсе для этого достаточно было бы обернуться вокруг своей оси, а на широте станции Мак-Мёрдо тур вокруг континента при попутном полярном ветре занял около двух недель, после чего аппарат вернулся в исходную точку – потому-то его и назвали «бумеранг».

Цель этого путешествия была проста. Если мы хотим пронаблюдать реликтовое излучение при температуре в 3º K, не загрязненное тепловым излучением от куда более теплого вещества Земли (даже в Антарктиде температура все равно на 200º K выше температуры реликтового излучения), придется как можно выше подняться над поверхностью Земли, оставив позади большую часть атмосферы. В идеале для этого применяют спутники, но высотные аэростаты справляются с задачей почти так же хорошо, а обходятся несравнимо дешевле.

Итак, через две недели BOOMERanG предоставил изображение небольшого участка «реликтового неба», где были видны горячие и холодные пятна рисунка излучения, приходящего от поверхности последнего рассеяния. Внизу приведен коллаж из изображения участка неба, который наблюдался в ходе эксперимента BOOMERanG (горячие и холодные области выглядят соответственно как темные и светлые пятна), и фотографии самой экспериментальной установки.