Страница 18 из 41
Конечно, используя основные модели физики, можно найти место для темной энергии, но в одной модели она не уместится и в пол царства, в другой – ей с избытком хватит наперстка. Судите сами.
Согласно квантовой теории, вакуум никогда не бывает пустым. В нем непрестанно рождаются и исчезают частицы. Многие ученые полагают, что энергия вакуума и есть темная энергия. Приборы позволяют даже заметить ее и измерить. Я уже упомянул, насколько мала ее плотность. С другой стороны, если обратиться к теории элементарных частиц, то плотность вакуумной энергии должна быть в 10,2 ° (десять в сто двадцатой степени!) раз выше, чем наблюдалось. «Никогда прежде за всю историю физики выводы теории и данные наблюдений не разнились так резко» – подчеркивает Стивен Уайнберг.
В данном случае подводит теория. Если бы она была права и антигравитация в мире, окружающем нас, была так велика, то я ни за что бы не успел дотянуться до клавиши компьютера, собираясь писать эту фразу, ибо за долю секунды, разделившую замысел и исполнение, пространство так стремительно расширилось бы, что я, пожалуй, уже ничего бы не нашел под руками. Да и существовал бы тогда я? Привычный мне мир непременно исчез бы, разлетелся, словно взрываясь и взрываясь каждую секунду.
Итак, две научные теории, давно подтвердившие свою правоту, теперь, соприкоснувшись с темной энергией, тут же невероятно зашкалили. Как приравнять то, что неощутимее электрона, и то, что мощнее любой стихии? Гае истинный портрет нашей незнакомки? Как доктор Лемюэль Гулливер, она чужеродна любой теории, в чье царство попадает, становясь то великаном, то лилипутом. Научный «гардероб» явно не рассчитан на эту запоздавшую гостью. Здесь все скроено и сшито без нее, ей все здесь не по размеру.
И как получилось, что наша незнакомка «проспала» сотворение мира? Это тоже смущает ученых. В первые миллиарды лет динамику становления Вселенной определяли две стихии: барионная и темная материя. «Почему антигравитационное действие темной энергии проявилось лишь в то время, когда стали возникать галактики?» – задавался вопросом Марио Ливио, выступая в Балтиморе.
Оба эти вопроса – «Почему так поздно?» и «Где истинный портрет?» – подводят нас к третьему, главнейшему вопросу; «Кто она?». Каково происхождение темной энергии? Миновать эти вопросы нельзя. Ведь невозможно описать фундаментальные свойства времени, пространства, материи и энергии, игнорируя основной компонент Вселенной.
«Пусть мы не знаем пока, что такое темная энергия, мы убеждены в том, что, изучая ее, поймем, каким образом на ранней стадии Вселенной были взаимосвязаны фундаментальные силы и элементарные частицы, – подчеркивает Майкл Тернер. – Путь к этому пониманию лежит через телескопы, а не через ускорители». Пока же, как показали споры в Балтиморе, физики и астрономы, пытаясь объяснить природу темной энергии, буквально блуждают в потемках.
Мы уже сказали, что в рамках общей теории относительности можно истолковать темную энергию как антигравитацию. В квантовой теории она готова предстать в обличье вакуумной энергии. Возможно, гравитационное действие почти равно антигравитационному, и потому плотность вакуумной энергии равна микроскопической величине.
Есть и другие объяснения. Американский космолог Александр Виленкин из Tufts University (Медфорд, Массачусетс) предлагает свою гипотезу. Быть может, нет никакой случайности в том, что плотность материи во Вселенной и космологическая константа, то есть темная энергия, – это величины одного порядка. Ведь если бы было иначе, не могли бы возникнуть галактики и где-то в глубине одной из них – по крайней мере, одной из них – не зародилась бы жизнь.
Эта гипотеза побуждает вспомнить «антропный принцип»: мир устроен так гармонично, и все его части так ладно пригнаны друг к другу, что у этого мира не может не быть Творца. В таком случае Бог проделал поистине ювелирную работу, с необычайной точностью подбирая естественные константы. Стоит незначительно изменить любую из них, и Вселенная может превратиться в непригодную для обитания среду.
Чтобы избежать подобного объяснения, продолжает Виленкин, можно предположить следующее: космологическая константа в разных частях космоса принимает различные значения. Только в некоторых районах Вселенной – там, где существуют галактики. – эта константа приняла значение, при котором могла зародиться жизнь. Итак, темная энергия неравномерно распределена в пространстве? Если это так, то незачем веровать в «чудесный случай», «Божественный промысел» и «ювелирную точность», породившие наш обжитой мир.
Есть и другие идеи. В1998 году американские физики Пол Сгейнхардт, Ричард Колдуэлл и Рауль Дэйв предположили, что за темной энергией скрывается неизвестное пока квантовое поле. Оно пронизывает все пространство. «Оно мало напоминает электрическое или магнитное поле и действует как антигравитационная сила». Стейнхардт и коллеги назвали его «квинтэссенцией», вспомнив пятую основу мироздания, придуманную Аристотелем в дополнение к четырем стихиям Эмпедокла: по Аристотелю, «из нее состоят эфирные тела».
В гипотезе Стейнхардта, Колдуэлла и Дейва темная энергия ведет себя, почти как в гипотезе Виленкина. Только не в пространстве она неравномерно распределена, а во времени. В момент возникновения Вселенной плотность темной энергии, в самом деле, была в Ю120 раз выше, чем теперь. Эта идея примиряет разные научные теории, ведущие спор о «незнакомке в чреде космических стихий». Приняв ее, можно не удивляться: «Почему так поздно?».
«Пытаясь объяснить, почему в мироздании содержится так много темной энергии, мы вынуждены предположить, что в момент его возникновения квинтэссенция равнялась строго определенной величине, а это попахивает подтасовкой, – рассуждает Стейнхардт. – Другое дело, если она меняется, взаимодействуя с остальной материей. Тогда она естественным образом может достичь своего нынешнего значения».
Некоторые гипотезы звучат еще радикальнее. Израильский физик М. Мильгром и его нидерландский коллега Б. Сандерс вообще сомневаются в законе всемирного тяготения. Они предложили «модифицированную ньютоновскую динамику», и надо думать, что желающие «подправить старика Ньютона» не переведутся ни на Западе, ни у нас (подробнее об этом – в предыдущей статье).
Жоао Магуэхо из лондонского Imperial College ради новой любимицы физиков готов поступиться даже старой догмой. Он полагает, что на начальной стадии Вселенной скорость света была в миллиард раз выше, чем теперь. Тогда наблюдения за сверхновыми звездами можно истолковать иначе.
Наконец, по мнению Гиа Двали из Нью-Йоркского университета, за темной энергией скрываются… недоступные нам размерности пространства. Так темная энергия соединяется с «теорией струны».
Согласно ей, многие свойства частиц легко объяснимы, если допустить, что мир состоит из… незримо тонких, вибрирующих нитей. От характера колебаний зависит облик частицы – ее масса, заряд, спин. Чтобы истолковать суть элементарных частиц, ученые «спроектировали» одиннадцатимерную Вселенную! Только здесь колебания нитей могут создать в пустоте образы всех известных нам частиц. Всего четыре из одиннадцати измерений явлены нам. Остальные, полагают ученые, «свернуты» так, что на веки вечные ускользнули от наблюдения.
Гиа Двали развивает эту теорию. Хотя в его изложении она напоминает болтовню уфолога, разве что там «не барражируют НЛО с пришельцами и не пролетают ангелы и привидения», она основана на строгом математическом расчете. Итак, возможно, мы все-таки способны проникнуть в мир, по «теории струны» недоступный нам, и можем даже контактировать с ним. Мы обязаны этим гравитации. Она – единственная сила, которой дано преодолеть границы размерностей и воздействовать на микро-микроскопические миры и наоборот.
«Быть может, – рассуждает Двали, – таинственная темная материя порождена теми силами гравитации, что проникают в видимый мир из скрытых от нас измерений. Там, в этих недоступных нам мирах, наши звезды и галактики, в свою очередь, кажутся чем-то вроде темной материи». Что же до «расширения Вселенной» и «темной энергии», то, «возможно, сама гравитация дурачит нас, представая в облике антигравитации». Круг замкнулся, соединив реальность с отражением.