13,8. В поисках истинного возраста Вселенной и теории всего - Джон Гриббин

Первые подробные результаты исследований «Планка» всего неба были опубликованы в марте 2013 года: они слегка уточняли результаты WMAP. Именно тогда везде стали писать, что возраст Вселенной равен 13,82 млрд лет, и именно тогда я задумался над написанием этой книги. Если быть точным, в то время данные спутника «Планка» предполагали возраст в 13,819 млрд лет. При добавлении данных о влиянии БАО на галактики и других выходило, что самое вероятное значение – 13,798 ± 0,037 млрд лет. Еще более подробный анализ данных «Планка», завершенный в конце 2014 года и обнародованный в феврале 2015-го, показал, что значение постоянной Хаббла составляет 67,8, а нашей Вселенной 13,799 млрд лет. При добавлении данных от сверхновых типа 1а и БАО значение постоянной Хаббла снижается до 67,74, но возраст Вселенной остается на уровне 13,799 с погрешностью до +0,021 млрд лет. Округляя до десятых для ясности, можно утверждать, что с максимальной вероятностью нашей Вселенной 13,8 млрд лет. Возможно, это число еще изменится, и нам стоит сделать паузу, чтобы уместить в голове тот факт, что на конец 2015 года космологические дискуссии вращаются вокруг уже второго порядка после запятой, а не вокруг принципиальных расхождений в теории. Данные «Планка» и WMAP отлично согласуются друг с другом, просто первые чуть точнее вторых. Важно отметить, что это согласование намного важнее наличия расхождений. Даже если сравнить их основные показатели без учета погрешностей, оба комплекта наблюдений выдают значения, различающиеся всего примерно на 100 млн лет – из 14 миллиардов! «Ошибка» составляет менее 1 %.

Впрочем, не все данные так идеально стыкуются друг с другом. В 2013 году при сопоставлении данных «Планка» и других источников количество темной энергии во Вселенной вышло равным 69,2 ± 0,01 % (уточнено в декабре 2014 года до 68,3 %), а плотность материи в целом оценивалась в 31,5 ± 1,7 % (уточнено до 31,7 %, а барионное вещество составляет всего 4,9 %, менее одной шестой), причем соответствующее значение Н оказалось эквивалентным 67,8 ± 0,77 (в декабре 2014 года, до уточнения, 67,15). Это означает, что Вселенная расширяется несколько медленнее, чем мы полагали. Хотя новые данные пересекаются с нижним пределом погрешности показателей WMAP, а полученные им результаты согласуются с традиционным методом в другом пределе погрешности, данные «Планка» и традиционных методик не пересекаются вообще (по состоянию на 2014 год уточненное значение Н на основе метода цефеид и сверхновых составляло 73,8 ± 2,4). Это может означать, что модель ΛCDM все-таки не идеально описывает Вселенную. Хотя Франсуа Буше, ведущий специалист в научном коллективе спутника «Планк», подчеркивает, что «мы не располагаем надежными доказательствами ничего, выходящего за рамки классической модели ΛCDM», детали такого рода могут однажды заставить нас обратиться к более сложным построениям, упомянутым ранее в примечании 198. Они способны оказаться сигналом какого-то отклонения от простейшей модели, которого мы пока не понимаем. Одним из вариантов объяснения – чисто умозрительным, но вполне возможным – может быть так называемый пузырь Хаббла. Возможно, мы живем в такой части Вселенной, плотность которой несколько ниже средней. По сравнению со всей Вселенной даже оценка по сверхновым относится лишь к небольшому участку космоса (это одна из причин, по которой измерения реликтового излучения дают более надежные показатели возраста Вселенной), и если этот участок несколько менее плотен, чем другие, то возможно, что материя вне его пределов притягивает к себе видимые нами галактики, что выглядит похоже на действие несколько большей, чем в действительности, постоянной Хаббла[203]. Обратите внимание, что это лишь догадка, которая может не оправдаться, а также, что любая коррекция модели ΛCDM, необходимая для объяснения расхождений, наверняка окажется незначительной. Однако сегодня эта загадка будоражит ученых. Если все наблюдения вдруг совпадут с предсказаниями теоретиков, жизнь станет слишком скучной, а наблюдая противоречия, мы можем изыскивать все новые объяснения для их устранения.

Тем не менее тот факт, что возраст самых старых звезд почти равен (на самом деле чуть меньше, что очень важно) возрасту Вселенной, есть одно из величайших научных открытий в истории. Оно позволяет с уверенностью предположить, что общая теория относительности и квантовая механика верны в своей основе и однажды могут слиться воедино. Особенно потрясает то, что, если верить данным спутника «Планк», мы знаем возраст Вселенной с точностью до менее чем одного процента. В этом знании воистину воплощена «истинная правда» науки и надежное доказательство того, что именно наука представляет собой лучший способ понимания мироустройства.

Глоссарий

[204]

Абсолютная величина – яркость звезды при наблюдении с расстояния точно в 10 парсек.

Альфа-частица – «частица», состоящая из двух протонов и двух нейтронов, связанных друг с другом настолько плотно, что во многих случаях они ведут себя как единый объект. Идентична ядру атома гелия.

Антиматерия – форма материи, ключевые свойства которой (например, электрический заряд) противоположны таковым у привычного нам вещества. Так, положительно заряженный позитрон представляет собой античастицу – аналог отрицательно заряженного электрона.

Антропный принцип – идея о том, что существование жизни во Вселенной (в особенности человека) способно наложить ограничения на особенности ее функционирования и развития до нынешнего состояния.

Атом – самый маленький компонент привычной нам материи, участвующий в химических реакциях. Все элементы, такие как кислород или железо, состоят из специфических атомов; каждый из них состоит из расположенного в центре сравнительно небольшого ядра, окруженного облаком электронов.

Барионная материя – термин, обозначающий материю, состоящую из протонов, нейтронов и электронов и аналогичную привычной нам земной. Строго говоря, электроны не относятся к барионам, и их масса очень мала в сравнении с массой протонов и нейтронов.

Белый карлик – один из типов «мертвых» звезд. Солнце в конце жизненного цикла превратится в белого карлика размером примерно с нынешнюю Землю. Один кубический сантиметр вещества белого карлика весит около тонны.

Временная шкала Кельвина – Гельмгольца – период времени, в течение которого звезда, подобная Солнцу, может продолжать излучать энергию за счет медленного сжатия под собственным весом, составляет около 20–30 млн лет. В середине XIX века астрономы и физики задумались, каким образом Солнце поддерживает внутреннюю температуру стабильной. Они поняли, что если оно состояло бы из угля, горящего в атмосфере чистого кислорода, то сгорело бы целиком менее чем за 100 тысяч лет, и заподозрили, имея геологические основания, что Земля обогревается Солнцем намного дольше. Герман Гельмгольц (Германия) и Уильям Томсон, и позднее лорд Кельвин (Великобритания), независимо друг от друга пришли к одному и тому же решению проблемы, показав, что просто за счет постепенного сжатия Солнце могло бы светить с нынешней яркостью на протяжении нескольких десятков миллионов лет, превращая энергию гравитации в тепло.

Галактика – крупный космический конгломерат звезд, содержащий порой сотни миллиардов объектов, подобных Солнцу. Применительно к нашей Галактике Млечный Путь слово иногда пишется с заглавной буквы – Галактика.

Гравитация, или сила всемирного тяготения, – сила, заставляющая материальные объекты притягиваться друг к другу. Так, например, Земля притягивает наши тела, но и наши тела тоже притягивают Землю. Альберт Эйнштейн объяснил действие гравитации через общую теорию относительности.

Двойная система, или двойная звезда, – пара звезд, вращающихся друг вокруг друга.

Дейтерий – «тяжелый» водород, ядро каждого атома в котором состоит из одного протона и одного нейтрона.

Дисковая галактика – система из сотен миллиардов звезд, оформленная в виде плоского диска и часто (но не всегда) имеющая спиральную структуру. Наш Млечный Путь представляет собой дисковую и спиральную галактику.

Доплеровский эффект – вызванное движением изменение длины волны (или частоты) света. Если объект перемещается по направлению к нам, длина волны сжимается (синее смещение), если от нас, то растягивается (красное смещение). Примечание: космологическое красное смещение не является доплеровским эффектом!

Закон Кирхгофа – при заданной температуре скорость испускания объектом электромагнитной энергии равна скорости поглощения объектом электромагнитной энергии той же длины волны (частоты). Этот закон впервые сформулирован Густавом Кирхгофом в 1859 году и доказан им же в 1861-м. На следующий год Кирхгоф логично пришел к следующей идее – черного тела и излучения черного тела, что в свою очередь навело Макса Планка на открытие важнейшего для физики понятия квантов.