Два других независимых метода оценки постоянной Хаббла достигли определенного успеха, но пока находятся в зачаточном состоянии. Оба открывают новые горизонты, опираясь на общую теорию относительности Эйнштейна. Один из них связан с искривлением пространства гравитационными силами, а другой — с гравитационным излучением, которое ученые обнаружили только в последние несколько лет. Как и более старые, хорошо зарекомендовавшие себя методы, новые нацелены на более точное определение расстояний до объектов и сравнение скоростей, с которыми они удаляются от нас. Первый из этих методов основан на анализе гравитационного отклонения реликтового излучения, проходящего мимо множества галактик на пути к нам. Второй, более подробно описанный в главе 9, основан на наблюдении за «стандартными сиренами» — подмножеством источников гравитационного излучения со схожими характеристиками, разбросанных в наблюдаемой части Вселенной. Название «стандартные сирены» было выбрано по аналогии со «стандартными линейками». Оба подхода, основанные на измерении искривления пространства и на наблюдении за стандартными сиренами, обещают дать результаты, более точные, чем позволяют получить лучшие на данный момент методы измерения скорости расширения Вселенной.
Как же все-таки оценить значение нынешнего напряжения в космологии? Как и астрофизики, проницательные читатели могут предсказать решение, опираясь на собственный опыт. Вы предпочитаете консервативный подход, сохраняете спокойствие и ожидаете, что вскоре все оценки сойдутся к значению 70? Или предпочитаете революцию: конфронтацию доказательств между значениями 67 и 73, которая откроет дверь в новую физику? В любом случае мы можем быть уверены, что в самой Вселенной нет никакого кризиса. Проблемы возникают на Земле, где человеческое понимание пока очень далеко от совершенства. Космологи и физики, считающие, что это напряжение требует решения, попытались, как того требуют их должностные инструкции, разрешить его, определив, что было упущено в нашем понимании Вселенной.
Список предлагаемых решений, к чести их создателей, может утомить большинство читателей. Почти все подобные предложения либо меняют принятую в настоящее время модель расширения Вселенной, либо вводят «новую физику», которая включает изменение теории относительности или законов гравитации. Самые популярные предложения новой физики связаны с неизвестными гипотетическими частицами (отличными от неизвестных гипотетических частиц, образующих темную материю), либо гипотетическими тонкими изменениями количества темной энергии во время раннего расширения Вселенной до момента разделения или вскоре после этого. К несчастью для некоторых из этих теорий, но к счастью для прогресса науки, точность наших нынешних наблюдений реликтового излучения накладывает жесткие ограничения на эти гипотезы, а в самых простых случаях делает их с высокой степенью вероятности несостоятельными.
С определенной точки зрения, это увеличивает волнение, которое напряжение Хаббла вносит в космологию: мы можем обнаружить, что за кажущимся скромным разногласием между 67 и 73 скрывается не только новая физика, но также и тот факт, что добавления «простой» новой физики может оказаться недостаточно. В последнем случае должен произойти более широкий пересмотр нашего понимания, чтобы напряжение Хаббла разрешилось само собой и астрофизики смогли сосредоточиться на новых загадках, которые, несомненно, возникнут в результате будущих наблюдений.
Глава 7. Одна Вселенная или множество?
Немного блегчить головную боль, которую вызывают попытки разрешить напряжение Хаббла, можно. Для этого нужно вспомнить о том, что каким бы ни было значение H0, мы можем быть уверены в двух фактах, связанных с космосом, — во-первых, мы живем в расширяющейся Вселенной, а во-вторых, это расширение ускоряется. Опровержение любой из этих характеристик положило бы начало космологической революции, более глубокой, чем признание любой новой физики. Чтобы отдать должное открытию того, что мы живем в расширяющейся Вселенной, и понять, почему астрофизики так доверяют этому выводу, оглянемся назад и вспомним времена, когда открытие ускоряющегося расширения потрясло мир космологии. Так почему же оно быстро получило широкое признание?
В начале 1998 года мир космологии потрясло открытие, что мы живем в ускоряющемся мире, в котором Вселенная не только постоянно расширяется, но и делает это все быстрее и быстрее. Тогда были объявлены первые результаты наблюдений за сверхновыми звездами, которые и помогли ученым прийти к заключению о расширении Вселенной. Сегодня, когда эта идея также окончательно заручилась поддержкой исследователей реликтового излучения (а у космологов было достаточно лет для того, чтобы пропустить через себя мысль о постоянно ускоряющемся космическом расширении), возникают два серьезных вопроса, и в поиске ответов на них космологи проводят дни и ночи: почему скорость расширения Вселенной растет, почему у этого ускорения именно такое значение и как оно характеризует Вселенную?
Простой ответ на первый вопрос перекладывает всю ответственность за ускорение расширения Вселенной на сам факт существования темной энергии или же, что равнозначно, на наличие ненулевой космологической постоянной. Сама степень ускорения напрямую зависит от количества темной энергии на каждый кубический сантиметр пустого пространства: чем больше энергии, тем быстрее ускорение. Так, если бы ученые смогли объяснить, откуда берется эта самая темная энергия и почему сегодня во Вселенной ее именно столько, сколько есть, они могли бы с чистой совестью заявить, что разгадали фундаментальную загадку Вселенной. То есть определили происхождение этой провоцирующей космос на дальнейшее и все более стремительное расширение энергии в пустом пространстве. Вперед в будущее, в котором нас ждет поистине необъятное космическое пространство, не менее гигантские запасы темной энергии в нем и почти никакого вещества на один кубический световой год.
Откуда берется и что представляет собой темная энергия? Нащупать ответ космологи могут в глубинных пластах своих знаний о физике частиц: темная энергия — это продукт каких-то событий, происходящих в пустом пространстве (если не терять надежды на то, что квантовая теория достоверно описывает суть вещества и энергии). Вся физика частиц основана на данной теории, состоятельность которой столь многократно и очень точно была подтверждена в микроскопических условиях, что почти все физики не видят повода сомневаться в ней. Неотъемлемая часть квантовой теории подразумевает, что так называемое пустое пространство на самом деле гудит и дрожит от «виртуальных частиц», которые появляются в нем и исчезают быстрее, чем мы успеваем их заметить, однако позволяют нам отследить эффект своего существования (темную энергию). Собственно, возникает она в результате этого постоянного мельтешения — появления и исчезновения — виртуальных частиц, которое мы называем квантовыми флуктуациями вакуума (это специально для тех, кому нравится звонкая терминология физиков, остальные