Тайны открытий XX века
Шрифт:
В 1998 году американские физики Пол Стейнхардт, Ричард Колдуэлл и Рауль Дэйв предположили, что за темной энергией скрывается неизвестное пока квантовое поле, не описываемое Стандартной моделью физики. Оно пронизывает все пространство и вызывает непрестанное расширение Вселенной. «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 известным грекам стихиям — воздуху, огню, земле и воде: по Аристотелю, «из нее состоят эфирные тела».
В гипотезе Стейнхардта, Колдуэлла и
«Пытаясь объяснить, почему в мироздании содержится такое-то количество темной энергии, мы вынуждены предположить, что и 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 ее концентрация 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. Известный британский астрофизик Мартин Рис так оценил их усилия: «К гипотезе Мильгрома можно будет обратиться лишь в том случае, если все поиски темной энергии окажутся бесплодными и все иные возможности будут исключены».
Португальский физик Жоао Магуэхо из лондонского Имперского колледжа ради новой любимицы физиков готов был поступиться еще одной вековечной догмой. Он предположил, что на начальной стадии Вселенной скорость света была в миллиард раз выше, чем теперь. По мере расширения и остывания Вселенной скорость света спадала, а когда температура Вселенной достигла некоего критического значения, произошел «фазовый переход» — что-то вроде превращения воды в лед: скорость света «застыла» на нынешнем уровне. В таком случае наблюдения за сверхновыми звездами можно истолковать иначе. Однако упомянутые уже исследования космического фонового излучения, проведенные в 2001 году, опровергли эту гипотезу.
По мнению Энн Нельсон, Дэвида Каплана и Нила Уайнера из Вашингтонского университета, за темной энергией скрывается новый, неизвестный прежде тип элементарных частиц — акселероны (от английского acceleration, «ускорение»). Они взаимодействуют лишь с нейтрино и ни с какими другими элементарными частицами. Взаимное отталкивание акселеронов и нейтрино, мчащихся почти со световой скоростью и практически не реагирующих с обычным веществом, вызывает ускоренное расширение Вселенной. В результате термоядерных
реакций, протекающих в недрах звезд, количество нейтрино все растет, и Вселенная все увеличивается. Однако чем дальше будут разлетаться нейтрино, тем медленнее будет расширяться Вселенная.
Наконец, по мнению грузинского физика Георгия Двали из Нью-Йоркского университета, за темной энергией скрываются… недоступные нам размерности пространства. Так темная энергия соединяется с «теорией струн».
Согласно ей, многие свойства частиц легко объяснимы, если допустить, что мир состоит из незримо тонких, вибрирующих нитей. От характера колебаний зависит облик частиц — их масса, заряд, спин.
Георгий Двали развивает эту теорию, и, хотя в его изложении она напоминает рассуждения 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 струн» недоступный нам, и можем даже контактировать с ним. Мы обязаны этим гравитации. Она — единственная сила, которой дано преодолеть границы размерностей и воздействовать на микроскопические миры и наоборот. Дополнительные измерения ослабляют тяготение, ведь часть гипотетических «частиц гравитации» ускользает в другие измерения, а потому сила взаимного притяжения галактик ослабевает и космос стремительно расширяется. Наблюдается «утечка гравитации».
Возможно, по этой причине сила гравитации гораздо слабее трех других фундаментальных взаимодействий. Опытным путем было установлено, что закон всемирного тяготения действует, по-видимому, и на расстояниях порядка одной стомиллионной доли миллиметра. К такому выводу пришли исследователи из Индианаполиса, поставившие в 2005 году эксперимент с чрезвычайно чувствительным торсионным маятником. В этом опыте не было обнаружено никаких отклонений, вызванных существованием дополнительных размерностей. В противном случае сила притяжения заметно увеличилась бы. Очевидно, гипотетические размерности свернуты еще компактнее.
По расчетам Георгия Двали и его американских коллег Андрея Грузинова и Маттиаса Залдариаги, «утечка гравитации», могла бы вызвать медленную прецессию орбиты Луны. Пока Луна делает один оборот вокруг Земли, точка ее наибольшего сближения с нашей планетой должна смещаться примерно на полмиллиметра. Однако проверить правильность этой гипотезы пока нельзя, ведь погрешность лазерного дальномера составляет сейчас примерно один сантиметр. Впрочем, сама возможность постановки такого эксперимента радует, отмечает Георгий Двали, ведь «долгое время считалось, что теория струн касается только чрезвычайно малых объектов, и никакой эксперимент не может подтвердить или опровергнуть ее».
Но, может быть, уже в первые десятилетия XXI века удастся доказать обратное, а заодно и подтвердить, пишет Георгий Двали, что «таинственная темная энергия порождена теми силами гравитации, что проникают из видимого мира в скрытые от нас измерения. Там, в этих недоступных нам мирах, наши звезды и галактики, в свою очередь, кажутся чем-то вроде темной энергии». Круг замкнулся, соединив реальность с отражением.
Так, взявшись исследовать открытую недавно темную энергию и начав путешествие там, где о ней еще ничего не знали, мы неожиданно очутились там, где о ней уже ничего не хотят знать. Что ж, остановимся и соберемся с силами для новых странствий по темной стороне Вселенной. В путеводителях недостатка не будет. В ближайшие годы появится немало теорий, описывающих природу этого невидимого и неведомого мира, сказочного «того, не знаю что». И, может быть, загадочный мир темной энергии внезапно исчезнет как морок, растает словно дым. Во всяком случае, Адам Райе и Майкл Тернер, авторитетные исследователи этого мира, не отрицают такой возможности. В их статье, опубликованной на страницах «Scientific American», есть и такие строки: «Не исключено, впрочем, что темной энергии вообще нет и нужно пересмотреть теорию гравитации Эйнштейна».