Страница 18 из 41
На карте КОБЕ были видны участки, отличающиеся по температуре примерно на 25 миллионных градуса. Карта МАП позволила как бы «приблизиться» к этим участкам (сделать то. что в фотографии называется «зум») и увидеть, что они состоят из еще более мелких участков, температуры которых различаются на 2-2,5 миллионных градуса. По мере такого «приближения» эти вариации то нарастают, то спадают, образуя на диаграмме пики и провалы. Такие пики (их называют «акустическими») рассказывают ученым, что соответствующие комки первичной материи разрастались или «коллапсировали» по- разному, причем характер этих процессов был различен в зависимости от того, состоял данный комок из обычного или «темного» вещества. Так было вычислено содержание этих двух видов вещества в нынешней Вселенной.
Попутно оказалось, что размеры самих неоднородностей примерно одинаковы, а значит, Вселенная не увеличивает одни из них и не уменьшает другие, что должно было быть в «изогнутом», как линза, пространстве, и, следовательно, пространство Вселенной является плоским. Это, в свою очередь, подкрепляет инфляционную гипотезу, поскольку чудовищное раздувание пространства в ходе инфляции должно было «раскатать» его, как хозяйка раскатывает тесто, — в плоский лист. Но окончательный вывод в пользу теории инфляции дали данные о поляризации остаточного излучения.
Электромагнитная волна называется поляризованной, когда стрелка, указывающая направление ее электрического поля, имеет одно определенное направление (или это направление меняется по кругу). Инфляционная теория предсказывает, что степень поляризации должна быть больше в тех участках карты излучения, где вариации меньше, а конкурентные теории предсказывают обратное. Оказалось, что реальное положение дел соответствует предсказаниям теории инфляции. С помощью тех же данных по поляризации остаточного излучения в разных микроучастках карты удалось вычислить и момент появления первых звезд или черных дыр во Вселенной — 200 миллионов лет после ее «рождения». Раньше полагали, что это произошло через 500 миллионов лет после Биг Бэнга.
Разумеется, все эти выводы (как, кстати, и заключение о возрасте Вселенной) не были просто «прочитаны» по карте Уилкинсона. Исследователи с помощью компьютеров построили десятки тысяч (!) моделей рождения и развития Вселенной, последовательно сверяя предсказания каждой такой модели с данными наблюдений, сведенных в карту МАП. Поэтому за их выводами стоит такой массив доказательств, который так же трудно поколебать, как, например, данные по недавней расшифровке генома человека. В сущности, это близкие по своему значению для науки результаты — как расшифровка человеческого генома подводит фундаментальную базу под все дальнейшее изучение биологии человека, его поведения и болезней, так карта Уилкинсона подводит такую же фундаментальную базу под дальнейшее изучение Вселенной, в которой мы живем.
Космологи еще празднуют недавний успех, а уже слышатся голоса скептиков: не станут ли они жертвами собственного триумфа?
Триумф состоит в том, что первые данные, полученные космическим зондом Уилкинсона, убедительно подтвердили общую справедливость той картины «инфляционной Вселенной», которую космологи выстраивали теоретически в течение последней четверти века. Зонд Уилкинсона дал в руки космологов большинство недостающих деталей. В результате по его данным удалось рассчитать основные параметры нашей Вселенной. Они в основном совпали с теоретическими предположениями и позволили уточнить многие из них.
Таким образом, космология сделала огромный шаг вперед. Откуда же пессимистические предчувствия? Дело в том, что хотя в полученной теперь космологической картине есть еще много лакун, но почти все они относятся уже к ведомству физики, астрономии и астрофизики. Поэтому кое- кому представляется, что с точки зрения собственно космологии все загадки вроде бы решены, получившаяся картина охватывает всю историю Вселенной от ее рождения до смерти и потому космологии как науке вроде бы пришел конец.
Как уже не раз бывало в науке, этот скептицизм оказался весьма преждевременным. Серьезные комментаторы уже отметили, что и после зонда Уилкинсона у космологии остается огромное поле работы. Более того, некоторые результаты, полученные при анализе первых данных этого зонда, ставят перед наукой новые, неожиданные вопросы и уже подсказывают новые направления исследований.
Так, ведущие американские космологи Штейнхардг, Острайкер и другие в своем комментарии к «Карте Уилкинсона» обращают внимание на два загадочных обстоятельства. Во- первых, на этой карте (напомним, что она изображает распределение температуры остаточного космического излучения во всем пространстве Вселенной) как будто бы проглядывает неодинаковость излучения, приходящего с разных направлений Вселенной; во-вторых — предварительный анализ данных этой карты как будто бы позволяет сделать определенный вывод о характере таинственного поля «темной энергии». Попробуем пояснить оба эти замечания.
Первое из них сводится в конечном счете к тому, что в одном определенном направлении Вселенной спектр волн, рассеянных на первичных флуктуациях плотности, не таков, как в других направлениях. Грубо говоря, он содержит волны не всех возможных длин, как это должно было быть в бесконечном пространстве, а обрывается на некоторой максимальной длине. Наглядной иллюстрацией сказанного была бы колеблющаяся струна конечной длины. На испускающей звуковые волны струне могут, как известно, укладываться лишь такие волны, длина которых (расстояние между двумя последовательными гребнями или впадинами) точно равна длине самой струны или точно вдвое меньше той длины, или вчетверо меньше и так далее. Волны, длины которых больше, чем длина струны, попросту на ней не уместятся, и в спектре звуков, испускаемых этой струной, таких волн не окажется.
Эта особенность «Карты Уилкинсона», подмеченная Штейнхардтом и Острайкером, бросилась в глаза и некоторым другим космологам, и трое из них, Макс Тегмарк, Анвилика де Оливьера-Коста и Эндрью Гамильтон из США, выступили в конце февраля нынешнего года в Интернете со статьей, в которой уже попытались дать объяснение загадки. «Если эта неодинаковость остаточного излучения, приходящего с разных сторон, — пишут они, — не является следствием некой статистической ошибки или результатом наложения радиошумов, то она может быть вызвана тем, что в том направлении, где наблюдаются волны лишь до определенной максимальной длины, наша Вселенная имеет конечные размеры, как имеет их описанная выше колеблющаяся струна».
Можно ли наглядно представить себе эту картину? Можно — утверждают авторы, если допустить, что трехмерное пространство нашей Вселенной «свернуто» наподобие бесконечно длинного цилиндра или в виде «тора», то есть цилиндра, свернутого и соединенного концами (проще говоря — в виде бублика). Разумеется, такое свертывание трехмерного объема до конечных размеров в одном направлении может произойти только в «пространстве» четырех или более измерений (точно так же плоский, двумерный лист бумаги можно свернуть в цилиндр лишь в третьем измерении). Надо заметить, что подобная гипотеза — правда, чисто умозрительно, без привязки к каким бы то ни было экспериментальным данным — уже выдвигалась в 1984 году в России Я. Зельдовичем и А. Старобинеким, а позднее — американскими математиками Сэрстоном и Уиксом. Но теперь такая модель впервые выдвигается на серьезное обсуждение как возможное объяснение наблюдательных результатов. Понятно, что это открывает совершенно новые горизонты в космологии, понуждая к детальному теоретическому исследованию последствий такого предположения и возможности его экспериментальной проверки.