Текст уведомления здесь

Тенета констант

Почему астрофизики никак не могут просчитать судьбу Вселенной

Последние наблюдения за реликтовым излучением — «эхом» Большого взрыва — и сверхновыми в самых далеких от Земли галактиках заставляют все большее число ученых сомневаться в том, верны ли современные космологические теории. Новые данные группы Адама Рисса, открывшего когда-то темную энергию, вновь сподвигают исследователей Вселенной на то, чтобы ломать копья в спорах. Научный журналист Александр Телишев рассказывает о том, что стало яблоком раздора среди астрофизиков на этот раз.
Добавить в закладки
Комментарии

Корни этих споров уходят далеко в прошлое, во времена, когда Эйнштейн только начал разрабатывать общую теорию относительности, краеугольный камень современной физической картины мира.

Хаббл против Эйнштейна

Изображение: Анатолий Лапушко / chrdk
Изображение: Анатолий Лапушко / chrdk

В те времена Вселенная считалась неизменной и вечной. У нее были четкие границы, которые никогда не менялись. Когда Эйнштейн вывел первые формулы уравнения гравитационного поля для теории относительности и попытался с опорой на них просчитать свойства Вселенной, его ждало разочарование. Расчеты показывали, что пространственно конечная Вселенная должна плавно уменьшаться в размерах под действием гравитации, сжимаясь в точку. Подобный исход событий не понравился великому физику, поскольку противоречил фундаментальным убеждениям о природе того времени, и он исправил свои уравнения, внеся в них константу, космологическую постоянную, которая удерживала на своих плечах (Эйнштейн обозначил свою константу, как заглавную лямбду, «Λ») описываемую уравнениями Вселенную от коллапса.

Другая версия уравнений Эйнштейна, свободная от фундаментальных убеждений ее автора, была выведена советским математиком Александром Фридманом в 1922 году. Фридман допустил бесконечность мироздания — получившаяся в результате Вселенная уже не сжималась, а постоянно расширялась и не нуждалась в защите, предоставляемой «лямбдой».

А в 20-е годы астроном Эдвин Хаббл, наблюдая за далекими галактиками в самый мощный телескоп того времени,

получил

прямые эмпирические свидетельства тому, что Вселенная не только не стоит на месте, но и расширяется. Хаббл смог оценить скорость этого расширения — она оказалась близка к 500 км/c/мегапарсек. Сегодня скорость удаления той или иной галактики можно быстро рассчитать, умножив дистанцию до нее на H

0

— постоянную Хаббла.

Открытие Хаббла вынудило Эйнштейна назвать космологическую постоянную «главной ошибкой моей жизни» (если, конечно, верить свидетельству Георгия Гамова) и приравнять «лямбду» к нулю. Так мы начали жить во Вселенной Фридмана, бесконечной и расширяющейся.

Но спустя еще некоторое время оказалось, что Эйнштейн ошибся, заявив, что он ошибся.

«Хаббл» против «Планка»

Изображение: Анатолий Лапушко / chrdk
Изображение: Анатолий Лапушко / chrdk

В конце 90-х годов астрофизики, наблюдая за сверхновыми типа Ia, заметили, что у особо далеких из них светимость на 10—15% ниже той, что предсказывают расчеты. Это значит, Вселенная расширяется не с постоянной скоростью, как посчитал Хаббл, а делает это все быстрее и быстрее. Двигателем этого ускорения, как сегодня считают космологи, является т.н. темная энергия — особое свойство пространства, действующее на материю как своеобразная антигравитация. Иными словами, именно на ее эффект мог бы ссылаться Эйнштейн, обосновывая необходимость ввести в свои уравнения «лямбду». За это открытие Адам Рисс, Сол Перлмуттер и Брайан Шмидт получили в 2011 году Нобелевскую премию.

Теперь среди космологов идут ожесточенные дебаты о том, когда именно началось вызванное ей ускорение, меняла ли темная энергия свои свойства в прошлом и будет ли она меняться в будущем. Дело в том, что Вселенная, как показывают наблюдения за очень далекими сверхновыми, начала расширяться далеко не сразу.

Как считают сегодня многие ученые, в первые 4−5 миллиардов лет существования Вселенной темпы ее расширения отличались от нынешних. А вот потом в процесс «включилась» темная энергия — и мироздание начало все более скорыми темпами расширяться.

Изображение: NASA & ESA

Изображение: NASA & ESA

За последние два года ситуация усложнилась — из-за открытий, связанных с двумя возможными способами вычисления космологической постоянной и ее «младшего брата» — параметра Хаббла, фактической скорости расширения Вселенной.

В июне прошлого года Адам Рисс и его коллеги определили нынешнюю скорость расширения Вселенной. Их расчеты опирались на данные наблюдений за переменными звездами-цефеидами в соседних галактиках при помощи телескопа «Хаббл».

Результаты наблюдений оказались крайне неожиданными: оказалось, что две галактики или два других объекта на расстоянии мегапарсека друг от друга (примерно три миллиона световых лет) разлетаются сейчас со скоростью примерно в 73 километра в секунду.

Это значение постоянной Хаббла выше, чем показывают данные, полученные при помощи орбитальных телескопов WMAP и «Планк». Если верить этим инструментам, то нынешняя скорость расширения Вселенной — 68−69 километров в секунду на мегапарсек. А данные Рисса невозможно объяснить при помощи имеющихся у нас представлений о природе темной энергии и механизме рождения Вселенной.

Расхождение в «свидетельских показаниях» можно объяснить как минимум двояко: или какие-то результаты наблюдений являются ошибочными, или же свойства темной энергии и манера расширения Вселенной заметно поменялась за последние семь миллиардов лет.

Космологические войны

Произошедшее вызвало яростное неприятие у ряда космологов: дошло до того, что весной этого года на страницах научных журналов и научно-популярных изданий вспыхнула небольшая «война».

Первые ученые считают, что значения постоянной Хаббла, вычисленные по стандартным свечам: цефеидам (по ним ориентировался еще Хаббл) и сверхновым (за ними наблюдал Рисс) — просто не являются достаточно точными для того, чтобы их можно было сравнивать с результатами наблюдений на WMAP и «Планке», которые наблюдают Вселенную в микроволновом спектре. Вторые же, наоборот, считают, что выводы из данных наблюдений за реликтовым излучением основываются на слишком большом числе теоретических предположений, которых немало в современной космологии. В то время как интерпретация Рисса и его единомышленников отталкивается от фактических астрономических наблюдений в оптическом диапазоне. Кто же прав — «астрономы» или «космологи»?

Не заинтересованные же лично в победе той или иной партии исследователи предпочитают говорить о том, что для получения действительно точных значений скорости расширения Вселенной необходимо дождаться окончания сбора данных, полученных инструментом Gaia, способного очень точно вычислять положение звезд — в том числе и цефеид — и запуска телескопа «Джеймс Уэбб», которому передаст вахту «Хаббл». Полные данные команда «Гайи» опубликует в 2022 году (хотя Рисс, сверившись с неполным датасетом обсерватории, утверждает, что они подтверждают его позицию); пуск «Уэбба» намечен на весну 2019-го.

Художественное представление аппарата Gaia. Изображение: ESA/ATG medialab; фон: ESO/S. Brunier
Художественное представление аппарата Gaia. Изображение: ESA/ATG medialab; фон: ESO/S. Brunier

«Я уверен в том, что данные с „Планка“ являются верными и что расхождений в измерениях не должно быть. Всегда, когда речь идет о космологических наблюдениях, мы должны использовать все небо, а не только некоторые его регионы, иначе нашим замерам будет мешать селекционный эффект (то, что мы видим только самые яркие источники) и другие вещи, такие как локальное движение», — говорит Олег Верходанов, космолог из Специальной астрофизической обсерватории РАН в Нижнем Архызе.

По его словам, крупнейший оптический обзор неба, SDSS, и связанный с ним проект BOSS получили аналогичные значения постоянной Хаббла, что и телескоп «Планк». Как считает Верходанов, совпадения результатов этих проектов, работающих в совершенно разных диапазонах волн, полностью объясняют то, как возникли расхождения, зафиксированные Риссом, и что никакой проблемы на самом деле не существует.

Сам же Рисс и его коллеги считают, что их замеры подтвердятся, и предполагают, что на самом деле существуют не два, а три типа «темных субстанций» — уже знакомые нам темная энергия и материя, а также «темное излучение» (dark radiation), тормозившее расширение Вселенной на первых этапах ее жизни.

Как надеются все участники этой «космической войны», новые спутники и телескопы помогут понять, кто в ней победит, уже в ближайшие годы и вплотную подобраться к вычислению точных значений и постоянной Хаббла, и «лямбды» Эйнштейна.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Клеточные трагедии

Часть V: куда уходят годы?

Внутренняя жизнь клетки насыщена событиями не меньше, чем человеческая. Она полна страстей и опасностей и так же неизбежно заканчивается смертью. Полина Лосева разбирается в том, какие сюжеты встречаются в судьбах клеток и как их развитие сказывается на нас с вами. Следующая история печальная, но не лишенная оптимизма — о старении. По каким признакам его распознать, можно ли предотвратить и когда ждать таблетки вечной молодости?
Добавить в закладки
Комментарии
© Ольга Степанюк

© Ольга Степанюк

«Клеточные трагедии» — это большой цикл статей о клетках, который продолжает пополняться. Почитайте и другие тексты о нелегкой жизни клеток: в них рассказывается о самоубийствах, стрессе, шоке, муках самоопределения, второй молодости и — бессмертии.

Прежде чем впадать в неизбежно сопутствующее заявленной теме уныние, давайте определимся с героем нашей истории. Представить себе старого человека несложно, но как описать его состояние? Если предположить, что старость — это только возрастная характеристика, то неясно, как быть с преждевременно стареющими в результате разных заболеваний людьми. Каковы, собственно, критерии старения? Неспособность размножаться, истощение клеточных ресурсов или нарушение работы органов? И правда ли, что старость неразрывно связана с возрастом?

Ищем корень зла [ ... ]

Читать полностью

Вопросы к звездам

Ученые продолжают искать доказательства астрологии

В новогоднюю неделю положено есть мандарины и верить в чудеса. В погоне за иррациональным мы обнаружили удивительный факт: современные ученые до сих пор ищут связь между датой рождения человека и его дальнейшей судьбой. И еще более неожиданно, что некоторые закономерности найти удается. Мы, конечно же, не будем рассказывать о том, как строить натальные карты или гороскопы на любовь. Но сообщим, когда (и почему) чаще рождаются успешные футболисты, поделимся увлекательной статистикой продолжительности жизни и попробуем объяснить, как рождение весной может быть связано с леворукостью.
Добавить в закладки
Комментарии

Астрология — огромная и очень разнородная область, объединяющая попытки людей увязать движение звезд с жизнью отдельных людей на Земле. Результаты этих попыток разнообразны: от масштабных эзотерических традиций до невнятных гороскопов в духе «Какой вы гриб по дате рождения?» Однако ни одна из этих теорий не получила настоящего научного подтверждения. А во второй половине ХХ ученые объявили астрологии настоящую войну. В 1975 году американский журнал The humanist опубликовал заявление 186 ведущих ученых, среди которых 18 — нобелевские лауреаты, под названием «Возражения против астрологии». В нем ученые высказались категорично: астрология абсолютно ненаучна и способствует росту иррациональности и обскурантизма.

Как часто бывает, этот текст никого по-настоящему не убедил. Вера в таинственное влияние небесных светил бытует и сейчас, наравне с прочими суевериями. Поэтому до сих пор исследователи продолжают публиковать статьи, опровергающие астрологические зависимости. Это необходимо, например, чтобы убеждать пациентов (а заодно и персонал) медицинских клиник в том, что операции в полнолуние не рискованнее прочих, и даже пятница, 13-е число, не представляет для них повышенной опасности. Разгрому заодно подвергаются влияние фаз луны на поведение людей и долгосрочные астрологические прогнозы.

[ ... ]

Читать полностью

Все, что за год накопали

Итоги года от Института археологии РАН

Директор Института археологии РАН Николай Макаров рассказал «Чердаку», зачем делали надписи на стенах церквей на Руси, что общего у погребений воинов в Калининградской области и в британском Саффолке, а также о раскопках самого большого за последние 100 лет кургана в Крыму.
Добавить в закладки
Комментарии

— Сколько в среднем в год проходит экспедиций?

— Ежегодно мы организуем порядка 40 экспедиций. В этом году наши сотрудники получили около 280 открытых листов — разрешений, на основании которых ведутся археологические полевые работы.

— И где работают сейчас сотрудники Института археологии РАН?

— Мы работаем от Калининграда до Амура. Самые западные точки — это могильники эпохи переселения народов и раннего Средневековья на территории Калининградской области. Самые восточные — это петроглифы в Приамурье, на территории Хабаровского края. Традиционная зона ответственности нашего института — центр и юг Европейской России, поэтому большинство экспедиций работают на археологических памятниках этих двух регионов. Но для полноценного изучения древнейшей истории Евразии, древнейших цивилизаций и государств, археологам необходим доступ на территории юга и востока, насыщенные древностями. Экспедиции института ведут исследования памятников раннего палеолита в Дагестане (работы члена-корреспондента РАН Х.А. Амирханова), которые, по-видимому, отражают древнейшее заселение человеком Евразии, продвижение по западному берегу Каспийского моря с юга на север. Начаты новые раскопки крепостей эллинистической Бактрии, находящихся на территории современного Узбекистана. [ ... ]

Читать полностью