Коллектив авторов - Происхождение Вселенной. Как с помощью теории относительности Эйнштейна можно проникнуть в прошлое, понять настоящее и предвидеть будущее Вселенной [litres]

Наши цветные карты КМФ испещрены красными и голубыми крапинками, представляющими собой области новорожденной Вселенной, чуть более горячие или холодные по сравнению со средней температурой. В 2004 году спутник WMAP зарегистрировал холодное пятно, значительно превосходящее по размерам другие; затем его же наблюдал спутник «Планк». Если сверхпустота находится в этом же направлении, это означает, что фотоны КМФ, родившиеся за ней в более далеких областях Вселенной, должны были через нее пройти. Благодаря ускоренному расширению Вселенной фотоны, выходящие из зоны-пустоши, встречают на своем пути менее плотную материю, чем та, через которую они пролетали, приближаясь к ней. Это приводит к падению гравитационного потенциала и, в конечном счете, – к падению энергии фотонов, которые эффективно охлаждаются.

Но сверхпустота – это еще не все. В 2012 году группа ученых из Университета Центрального Ланкашира в Великобритании под руководством Роджера Клоуса объявила об открытии огромной структуры, растянувшейся более чем на 4 миллиарда световых лет, что более чем в 2 раза превышает размеры сверхпустоты. На этот раз это была не «заплата» из пустоты, а перезаполненная область пространства. Известная как Большая группа квазаров, она содержит 73 квазара, ярких активных центральных областей галактик. С начала 1980-х годов астрономы знают, что квазары имеют тенденцию «кучковаться» вместе, но никогда ранее не удавалось обнаружить подобную группировку на таком большом масштабе.

Затем в 2015 году группа венгерских астрономов открыла колоссальную группу гамма-всплесков – краткосрочных высокоэнергетических вспышек, исходящих из далеких галактик. Эти гамма-всплески формируют огромное кольцо размером в 5,6 миллиарда световых лет, т. е. 6 % размера всей видимой Вселенной.

Такие откровенные нарушения космологического принципа заставляют астрономов чувствовать себя весьма дискомфортно. Но все эти феномены могут оказаться ошибочными. Например, в 2013 году появилось исследование, расчеты которого показывают, что существует довольно большая вероятность того, что это только видимая структура внутри совершенно случайного распределения квазаров. Однако группа Клоуса с этим выводом не согласна.

Райнер Дик, физик-теоретик из Университета Саскачевана в Канаде, считает, что попытки игнорировать такие космические мегаструктуры бесперспективны. Он говорит, что мы должны принять эти мегаструктуры в свои распростертые объятия как лучшее подтверждение жизнеспособности космологического принципа. Все, что от нас требуется, это признать, что они в реальности не существуют, а являются первым свидетельством проникновения других измерений в наше собственное, оставляющего за собой «грязные» следы на нашем гладком и однородном космическом фоне.

Это предположение представляется дерзким, но оно построено на твердом фундаменте теоретических исследований. В самом понятии о других измерениях нет ничего нового. Уже несколько десятков лет многие теоретики рассматривают возможность существования дополнительных измерений как нашу лучшую надежду на примирение общей теории относительности Эйнштейна с другим бастионом физики XX века – квантовой теорией. «Брак» между двумя такими, с первого взгляда несопоставимыми, концепциями, одна из которых оперирует с очень большим, а другая – с очень малым, увенчается созданием теории всего, единой концепции, способной описать Вселенную во всей ее полноте.

Одним из популярных кандидатов на роль этой единой концепции является М-теория, развивающая теорию струн и предполагающая, что мы живем в 11-мерной вселенной, в которой остальные 7 измерений скручены так туго, что выпадают из поля зрения. Это элегантная и математически привлекательная теория с одним большим недостатком: отсутствуют четкие предсказания, которые можно было бы проверить, чтобы ее подтвердить. Работа Дика по обобщению теории струн, известная как теория бран, могла бы дать такое предсказание и в то же самое время разрешить дилемму космологического принципа. В теории бран наша Вселенная представляет собой четырехмерную мембрану, плавающую в море подобных же бран, проникающих во множество дополнительных измерений. Теория предполагает, что мы можем даже ощутить влияние соседней браны, накладывающейся на нашу.

Для измерения расстояния до удаленных объектов астрономы используют эффект красного смещения (см. также главу 1). Свет от любого объекта, удаляющегося от нас из-за расширения Вселенной, будет смещаться в длинноволновую сторону спектра и спектральные линии будут смещены в красную сторону. Чем дальше от нас объект, тем больше будут смещены линии. Если астрономы видят, что многие объекты находятся на одном красном смещении, они интерпретируют этот факт как существование некоей структуры, например кольца гамма-всплесков или Большой группы квазаров.