Читать онлайн «Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции». Страница 138

Согласно теории, суперструны могли образоваться на ранних стадиях существования Метагалактики. Они могут иметь длину в миллионы световых лет обладать колоссальными массами, не уступающими галактикам. Обнаружить же эти струны невозможно из-за микроскопического диаметра их поперечника, размеры которого варьируются от величины кварков до величины атомов. Как и чёрные дыры, суперструны можно обнаружить лишь по косвенным эффектам, например, по гравитационному возмущению, оказываемому на окружающее вещество, либо по отклонению света, т. е. эффекту гравитационной линзы. Конечно, соблазнительно объяснить невидимую материю наличием тонких струн, играющих роль демиурга космических систем. Но это объяснение чересчур притянуто за волосы (точнее, за струны), чтобы быть истинным. Скрытая материя, скорее всего, связана с искривлениями пространства-времени в целом, а не с колебаниями струн, вибрирующих в этом пространстве-времени. Колебательные эффекты, по-видимому, создают не струны, а внутренние, чрезвычайно тонкие структуры пространственно-временного «листа», на котором эволюционирует материя Метагалактики.

8.8. Скрытая энергия

Наряду с невидимой материей в Метагалактике, как оказалось, действует и скрытая энергия, направленность которой диаметрально противоположна невидимой материи. Она была открыта лишь в самом конце XX века. В 1998 г. американский астрофизик из Чикаго Майкл Тернер назвал эту энергию «тёмной». Это название обосновано не только скрытостью механизма действия этой энергии на материю, но и непонятностью её природы.

До обнаружения скрытой энергии считалось, что пространство-время Метагалактики после Большого Взрыва расширяется как бы по инерции, в соответствии с заданным Взрывом могучим однократным импульсом-толчком. Антигравитация считалась чисто теоретическим изобретением, она признавалась возможной в других мирах, но в нашей Метагалактике с присущим ей законом всемирного тяготения антигравитации, казалось, просто не оставалось места. Не обнаружена она была и в астрономических наблюдениях.

И лишь на рубеже теперь уже прошлого двадцатого и нынешнего XXI века было обнаружено и доказано, что если для различных частей нашей Вселенной присущ закон всемирного тяготения, то для Метагалактики в целом свойственен закон всемирного отталкивания. Доказательства существования скрытой энергии астрономы собрали сразу по двум направлениям: исследуя вспышки сверхновых звёзд и анализируя космическое фоновое излучение.

В 1998 г. исследования целого ряда сверхновых звёзд, обладающих одинаковой светимостью, показали, что эти звёзды светят слабее, чем если бы их движение определялось только силой гравитационного притяжения. А значит, поскольку светимость падает по мере удаления светящегося объекта, они находятся от нас значительно дальше и удаляются с определённым ускорением. Но задавать такое ускорение, преодолевая притяжение, могла только скрытая энергия, основанная на антигравитации.

Американский астроном Адам Райс при изучении снимков, полученных с помощью знаменитого орбитального телескопа имени Хаббла, выявил существование самой далёкой от нас сверхновой звезды. Светимость этой звезды, находящейся от нас на расстоянии 10 млрд. световых лет, оказалась точно соответствующей теоретическим расчётам, построенным на основе представлений об ускоренном удалении такого объекта от наблюдателя. Это было сочтено экспериментальным подтверждением существования «выталкивающей силы», обусловливающей такое значительное ускорение.

По мнению Райса, эволюция Метагалактики проходила попеременно под определяющим действием сначала гравитации, а затем антигравитации. Борьба этих двух начал предопределила крупномасштабную структуру нашей Вселенной, её строение на основе чередования заполненных светящейся и невидимой материей пространств с колоссальными пустотами – войдами. Около пяти миллиардов лет назад, т. е. приблизительно к началу формирования планеты Земля, скрытая энергия одержала окончательную победу над силой гравитации, и с тех пор наша Вселенная расширяется со всё возрастающей скоростью.

Разумеется, исследования сверхновых не давали прочной основы для определения роли и значения скрытой энергии в эволюции Метагалактики, оценки её силы и содержания в нашей Вселенной. Исследования фонового излучения, проходившие одновременно с исследованиями сверхновых, не только подтвердили выводы астрономов о существовании скрытой энергии, но и позволили оценить количественно её содержание в Метагалактике. Согласно компьютерному анализу данных, собранных на основе этих исследований, Метагалактика на 70 % состоит из антигравитирующей скрытой энергии, на 25 % – из невидимой материи и только на 5 % – из видимого, светящегося и ярко блистающего в темноте вещества. Конечно, эти оценки вступают в противоречие с вышеприведенными оценками количества невидимой гравитирующей материи, в соответствии с которыми она составляет не менее 95 % массы нашей Вселенной. Это вопрос спорный. Но наличие в Метагалактике скрытой энергии огромной мощи, приводящей к ускорению расширения пространства-времени, в настоящее время никто не осмеливается оспаривать. Доказательства приведены достаточно веские и разносторонние: на основе поведения и местонахождения сверхновых звёзд, фонового излучения и газовых облаков. В 2002 г. к этим доказательствам добавились выводы исследований квазаров и так называемых космических мазеров, наблюдаемое поведение которых вполне укладывается в картину ускоренного расширения Метагалактики под действием скрытой энергии.

Соответственно сложились две конкурирующие версии дальнейшей эволюции нашей Вселенной. По одной из них, экстраполирующей нынешнее состояние на будущее, Метагалактика будет и дальше ускоренно расширяться, вследствие чего через приблизительно 30 млрд. лет рассыплется и распадётся на всё более мелкие части. По другой версии, вслед за эпохой господства скрытой энергии вновь придёт эпоха доминирования гравитации, и тогда Метагалактика замедлит своё расширение либо даже начнёт сжиматься, подобно тому, как пульсирует сердце человека.

Открытым остаётся и вопрос о причинах и источниках скрытой энергии. В отличие от невидимой массы, строение которой так же дискретно и иерархично, как строение светящейся материи, скрытая энергия распределена в пространстве однородно. Это предопределило попытки отождествить скрытую энергию с энергией вакуума. Однако расчёты теоретиков показали, что плотность энергии, порождаемой виртуальными квантовыми процессами, гораздо ниже той, которая развивается скрытой энергией. По существу, скрытая энергия может рассматриваться как пятый по счёту и весьма специфический тип фундаментального взаимодействия.

Одним из наиболее логичных способов объяснения источника и происхождения скрытой энергии является её обусловленность свойствами пространства-времени.

Как известно, А. Эйнштейн, создавая основы релятивистской космологии в 1917 г. путём распространения общей теории относительности на представления о строении и эволюции Вселенной, задумался о космологических свойствах пространства-времени. Поскольку общая теория относительности связывала гравитацию с кривизной пространства-времени, Эйнштейну показалось уместным ввести в формулу так называемую космологическую постоянную – силу, которая уравновешивала гравитацию и позволяла Вселенной эволюционировать независимо от плотности и образующего её вещества. По существу, речь шла об энергии, присущей пространству-времени как некоей отельной от вещества материальной субстанции. Для того времени это была уж слишком безумная идея, и сам Эйнштейн не просто от неё отказался, но даже называл её своей непростительной ошибкой и величайшей глупостью. Сейчас же, в связи с открытием скрытой энергии забытая константа эйнштейновской космологии снова обретает актуальность. Немецкий физик Гюнтер Хазингер, проводивший исследования скрытой энергии, в своей речи при получении премии имени Лейбница за 2005 г. назвал введение этой константы последним триумфом Эйнштейна.

Действительно, слишком многое в научных открытиях конца XX, а теперь уже и начала XXI века показывает, что пространственно-временная структура Метагалактики есть не просто гладкая дорога для перемещения тел, не просто форма для местопребывания, взаиморасположения и последовательности протекания процессов во Вселенной. Во всяком случае, эта «дорога», эта форма обладает своими собственными, отличными от наполняющих её вещественных телесных образований материальными характеристиками. Она искривляется, прогибаясь под тяжестью гравитирующих масс, обладает собственной энергией, действующей как антигравитация. В противоположность гравитации, представляющей собой с точки зрения общей теории относительности положительную кривизну, выпуклость пространства-времени нашей Метагалактики, антигравитация образуется отрицательной кривизной, вогнутостью пространственно-временного «листа» метагалактики. Соответственно можно предположить, что с изнаночной части этого «листа» находится какая-то другая, смежная Метагалактика, пространственно-временной «лист» которой постоянно сужается и для которой присущ закон всемирного отталкивания. Обе смежные Метагалактики сообщаются между собой и обмениваются веществом и энергией через чёрные, белые и серые дыры в пространстве-времени обоих «листов». Однако возможно и прямое действие обоих пространственно-временных «листов» друг на друга, возникающее при «наползании» нашей расширяющейся Метагалактики и уступающей свои позиции не без сопротивления смежной Метагалактики, энергетический потенциал которой исчерпан и она постепенно приходит в упадок.