Не так давно мы поднимали тему преждевременных объявлений об открытиях в области космологии, которые позже опровергались новыми данными (https://academcity.org/content/temnye-gosti-i-dama-iz-gran-sasso). Тогда речь шла о темной материи, экспериментальные доказательства существования которой ученые ищут уже много лет. Но это не единственный проблемный вопрос в современной концепции истории и структуры мироздания. И сегодня поговорим еще об одном. Тем более, что именно вопросы, стоящие перед современной космологией, стало темой очередного мероприятия в рамках проекта «PRO Науку в Сибири».
Итак, еще в 1948 году известный советский, а потом – американский физик Георгий Гамов предсказал существование реликтового излучения (своего рода – эха Большого взрыва, который стал началом нашей Вселенной согласно современным космологическим представлениям). А в 1965 году Арно Пензиас и Роберт Вудроу Вильсон из Bell Telephone Laboratories, проводя эксперименты в области радиоастрономии и спутниковых коммуникаций, обнаружили, что антенна их прибора имеет избыточную шумовую температуру в 3,5 К, которую они не могли объяснить. Последовало обсуждение этого факта с группой физиков из Принстонского университета, которые как раз занимались поисками этого излучения. В итоге, решили, что это оно и есть. Результат Пензиаса и Вилсона был отмечен Нобелевской премией по физике в 1978 году.
Но уже десятилетием раньше (когда результаты этих экспериментов были только опубликованы) многие ученые (и еще большее количество тех, кто рассказывает об их работе – журналисты, лекторы и т.п.) уверенно заявляли: теперь правота теории Большого взрыва подтверждена экспериментально.
Хотя на самом деле было еще немало вопросов, на которые эта теория не отвечала. Например, т.н. «проблема горизонта» - почему Вселенная, которую мы наблюдаем с помощью того самого реликтового излучения настолько однородна и одинакова во всех направлениях? Ведь механизм, который задавал бы везде одинаковые начальные условия, в ней отсутствует.
Или, куда делись магнитные монополи - гипотетические элементарные частицы, обладающие ненулевым магнитным зарядом? Все наши магниты дипольны (то есть имеют два полюса). Но в очень молодой Вселенной должны были образовываться очень массивные частицы с магнитным зарядом – северные и южные монополи. Их ищут уже довольно давно, но безуспешно.
Или проблема плоскостности: нынешнее строение Вселенной может быть именно таким только при условии, если значение ее начальной плотности находилось в очень узком диапазоне. И космологов теперь мучает вопрос: как начальная плотность оказалась так точно настроена на это «особое» значение.
Вопросов, как видите, было (да и есть) много. И для объяснения этих «узких мест» были нужны новые идеи. В начале 1980-х такую идею озвучили независимо друг от друга Алексей Старобинский (СССР) и Алан Гут (США). Ученые предположили, что в первые мгновения своего существования (речь шла о ничтожных долях секунды) Вселенная пережила фазу очень быстрого экспоненциального расширения от размеров точки до тысяч световых лет. Такое быстрое расширение и обеспечило однородность и плоскость ее структуры. А уже после, спустя 1-34 секунду ее расширение пошло в режиме Большого взрыва, описанного космологами ранее. Это предположение решало и проблему монополей: они образовались в самом начале, но затем сверхбыстрое расширение Вселенной разнесло их на огромные расстояния друг от друга, потому теперь обнаружить их нереально.
Алан Гуд назвал эту модель «теорией космической инфляцией». А чуть позже ее доработал Андрей Линде. Подобно Георгию Гамову, Линде начинал как советский ученый. И уже будучи доктором физико-математических наук, в 1990 году эмигрировал в США, где стал профессором физики Стэнфордского университета теоретической физики.
Тут надо отметить, что полноценной научной теорией данная модель не является: в ее рамках, облик нашей Вселенной зависит от большого числа параметров, значение, которых, к слову, может сильно варьироваться. А вместе с ними – конечный результат. Проще говоря, внося в такую модель разные вариации начальных параметров, на выходе мы получим радикально разные описания того, как должна была выглядеть современная Вселенная. Получается, эта модель не обладает предсказуемостью, что является необходимым условием для статуса научной теории.
Не лучше и со вторым условием – наблюдаемостью. Хоть речь и идет о событиях, произошедших в самом начале истории Вселенной, ученые придумали, как с помощью косвенных данных (точнее влияния тех процессов на более поздние) можно было бы найти следы, оставленные «космической инфляцией». Это и плоскость поляризации электронов, и гравитационные волны. И обнаружение таким путем определенных явлений (физики назвали его эффект B-modа) перевело бы «космическую инфляцию» в разряд полноценной научной теории. А заодно стало бы самым громким открытием на десятилетия.
И казалось, что так и произошло - в 2014 году коллектив ученых, работающих на установке, построенной специально для поиска этого эффекта в Антарктиде, заявила о своем успехе. Окрестности Южного полюса привлек физиков своим удобством для проведения исследований (там минимальный уровень содержания водяного пара в атмосфере, который имеет свойство поглощать микроволновое изучение, мешая наблюдениям). Плюс там почти постоянно виден именно тот участок неба, на котором предполагалось вести поиски.
Установка называлась BICEP (сокр. от англ. Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) и являлась небольшим, но очень чувствительным микроволновым телескопом. К 2014 году работы на BICEP велись уже несколько лет, и это была уже вторая, доработанная ее версия. И казалось, их ждал успех – в марте 2014 года было объявлено об обнаружении В-моды. Это заявление вызвало фурор, статья собрала почти 700 цитирований за полгода (те, кто знают, как зарабатывается импакт-фактор, оценят). А авторы исследования пили шампанское на фуршетах и, вероятно, даже планировали, как распорядятся своей Нобелевской премией.
Однако, как это принято в научной среде, почти сразу появились и те, кто усомнился в полученных результатах: картина получалась слишком интенсивной. И в отличие от эксперимента Dame, о котором мы говорили в прошлый раз, опровержение последовало куда быстрее. Уже через несколько месяцев другая группа исследователей, используя данные космической обсерватории «Планк», показала, что результат BICEP2 можно полностью отнести на счёт галактической пыли.
Так что, Нобелевская премия за обнаружение В-моде еще ждет своих обладателей. Равно как и награды за ответы за многие другие вопросы, которые ставит перед нами современная космология. Когда эти ответы будут найден, неизвестно. Но ученые не опускают рук, а с другой стороны, не принимают на веру полученные ранее результаты. И это позволяет двигаться вперед в нужном направлении. Правда, не исключено, что этот путь приведет нас к необходимости кардинально пересмотреть не только модель «космической инфляции», но и всю теорию Большого взрыва. Впрочем, так даже интереснее.
Сергей Исаев
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии