Нобелівська премія з фізики 2011 року. Розігнати кордону всесвіту

Так, за сучасними уявленнями, виглядає склад нашого Всесвіту. Ми можемо бачити тільки 4% всього, що в ній міститься. А на частку зірок і планет з усіма їх мешканцями доводиться зовсім незначна частина.

Сол Перлмуттер.

<

>

Уявлення про те, як розвивається Всесвіт і якою вона стане в майбутньому, змінювалися в міру вдосконалення і методів спостереження, і космологічних теорій. Довгий час вважалося, що Всесвіт «неосяжна, нескінченна і існує вічно». Про це розповідали в радянських школах ще років 60 назад, хоча в 1916 році Альберт Ейнштейн створив свою теорію гравітації, загальну теорію відносності. У 1922 році радянський математик А. А. Фрідман показав, що рівняння Ейнштейна описують не стаціонарну, а еволюціонує Всесвіт. Вона повинна або розширюватися, або стискатися. Але ще в 1914 році американський астроном Вести М. Слайфер виявив, що галактики не просто «висять» в космічному просторі, а розлітаються з великою швидкістю. Туманність Андромеди, наприклад, мчить до нашої Сонячної системи, виявляючи в своєму спектрі в силу ефекту Доплера синє зміщення. Але переважна кількість далеких галактик тікають від нас, демонструючи червоне зміщення спектру (див. «Наука і життя» № 4, 2011 р ). Через кілька років астроном Едвін П. Хаббл вивів залежність величини червоного зсуву галактики від відстані до неї - постійну Хаббла. Спостереження, підтверджені розрахунками, свідчили, що Всесвіт дійсно розширюється. Тут же виникли питання: що викликало це розширення і чи буде воно тривати нескінченно або ж сили тяжіння зірок загальмують розліт і стягнуть Всесвіт в точку? Вибір одного з цих двох сценаріїв залежав від величини тяжіння, тобто від маси Всесвіту. Підрахувати її можна було, тільки заміривши світності зірок, бо залежність
маса / світність добре відома. Такий метод виявився занадто грубий, з великими помилками в оцінках величини маси, і подальша доля Всесвіту як і раніше залишалася загадкою.

Але в 1937 році Фріц Цвіккі, досліджуючи руху зірок в скупченні Волосся Вероніки, розрахував масу скупчення. Вона виявилася в 500 разів більша за ту, яку давала світність. Так була виявлена ​​темна матерія, або прихована маса. Природа її до сих пір незрозуміла, її не видно і проявляє себе тільки через тяжіння. Але тепер вже стало ясно, що нескінченного розширення не буде.

Відповідь на перше питання - що змусило Всесвіт розширюватися? - дав в 1948 році Г. А. Гамов. Він розробив теорію «гарячого Всесвіту», яка народилася приблизно 14 мільярдів років тому з неймовірно малого об'єму, сингулярності, в результаті Великого вибуху і роздування (інфляції) з величезною швидкістю (див. «Наука і життя» №№ 11, 12, 1996 г. ). І по всьому виходило, що Всесвіт розвивається циклічно. Розбігання галактик зміниться їх зближенням, виникне сингулярність, вибух, і все почнеться спочатку.

Але пройшло ще 50 років, і астрофізики піднесли світовій спільноті черговий сюрприз. Троє дослідників з різних країн - Сол Перлмуттер, Брайан Шмідт і Адам Райс, проводячи спостереження за найновішими зірками, виявили, що Всесвіт не просто розширюється (про це стало відомо майже 60 років тому), а розширюється з прискоренням (див. «Наука і життя »№ 3, 2004 р і № 5, 2005 р ). Ця сенсаційна звістка була опублікована восени 1998 року в авторитетному астрономічному журналі, викликавши величезний інтерес і деякий скепсис навіть у самих авторів (вони намагалися виявити помилку в розрахунках, але її не було).

Наднові, якими займалися Нобелівські лауреати, - це старі зірки, які закінчують своє існування найпотужнішим вибухом. На деякий час наднова стає яскравішим цілої галактики з її мільйонами зірок, а потім розсіюється в просторі, утворюючи туманність. Яскравість наднових настільки велика, що їх можна спостерігати аж до самих кордонів видимого Всесвіту. А знаючи світність наднової, нескладно знайти відстань до неї. І ось тут-то і виявилося, що частина цих об'єктів знаходиться значно далі, ніж випливало з сучасної космологічної моделі. А це означає, що Всесвіт завжди розширювалася з прискоренням. І «розпирає» її якась «темна енергія», більш потужна, ніж енергія гравітації. І Всесвіт, схоже, чекає кінець не в полум'я чергового Великого вибуху, а в непроглядній пітьмі і космічному холоді.

Про природу самóй «темної енергії» поки доводиться тільки гадати. Нею може бути якесь поле, енергія фізичного вакууму (який не просто порожнеча, а складна квантова система). Саме це поле 14 мільярдів років тому викликало інфляцію новонародженої Всесвіту, а й тепер, знизивши свою напруженість у величезному обсязі сучасної Метагалактики, продовжує розганяти її межі.