Именно так астрономы и поступают. Они запрашивают время для работы на телескопе – и в какие-то ночи наблюдают одну сверхновую, в какие-то – две, а иногда погода стоит пасмурная и вообще ничего не видно.
Вот таким способом нескольким исследовательским группам удалось определить постоянную Хаббла с погрешностью менее 10 %. Новая величина – около 70 км/с для галактик, находящихся от нас на среднем расстоянии в 3 млн световых лет, – почти на порядок меньше, чем получилось у Хаббла и Хьюмасона. В результате мы делаем вывод, что возраст Вселенной ближе к 13 млрд лет, а вовсе не к 1,5 млрд лет.
Как я еще покажу, эта цифра полностью совпадает с независимыми оценками возраста самых старых звезд в нашей Галактике. Четыреста лет современной науки – от Браге до Кеплера, от Леметра до Эйнштейна и Хаббла, от спектров звезд до распространенности легких элементов – составили яркую, непротиворечивую картину расширяющейся Вселенной. Все сходится. Концепция Большого взрыва находится в отличной форме.
Глава 2
Сага о тайнах Вселенной: космос на вес
Бывает известное известное. Это вещи, о которых мы знаем, что их знаем. Бывает известное неизвестное. Это, так сказать, вещи, о которых мы знаем, что их не знаем. Но бывает еще и неизвестное неизвестное. Это вещи, о которых мы не знаем даже того, что о них не знаем.
ДОНАЛЬД РАМСФЕЛД
Теперь, когда мы установили, что у Вселенной было начало и зародилась она в определенный момент в прошлом, приходит на ум резонный вопрос: «А как она закончится?»
Вообще говоря, именно этот вопрос заставил меня в свое время покинуть родное поприще – физику частиц – и углубиться в дебри космологии. В 1970-е и 1980-е гг. с появлением все новых и новых результатов детальных измерений движения звезд и газа в нашей Галактике, а также движения галактик в крупных скоплениях, так называемых кластерах, напрашивался все более очевидный вывод, что во Вселенной есть нечто такое, чего не видно ни невооруженным глазом, ни даже в телескоп.
Главная сила, которая действует на огромных пространствах галактик, – гравитация, поэтому измерение движения объектов на подобных масштабах позволяет исследовать гравитационное притяжение, которое управляет этими движениями. Подобные измерения начались с новаторской работы американского астронома Веры Рубин и ее коллег в начале 1970-х гг. Рубин защитила диссертацию в Джорджтаунском университете, а до этого училась на вечернем отделении, причем муж дожидался ее в машине, потому что она водить не умела. Вера подавала документы в Принстон, в магистратуру по астрономии, но туда до 1975 г. не принимали женщин. В итоге Рубин стала лишь второй женщиной, получившей золотую медаль Королевского астрономического общества. Эта награда и многочисленные заслуженные почести достались ей благодаря революционным измерениям скорости вращения нашей Галактики. Вера Рубин наблюдала звезды и горячий газ, находившиеся на все большем расстоянии от центра нашей Галактики, и определила, что эти области движутся гораздо быстрее, чем должны были бы, если бы сила гравитации, управляющая их движением, соответствовала массе всех наблюдаемых объектов в пределах Галактики. Впоследствии благодаря трудам Рубин космологам стало ясно, что объяснить это движение можно лишь одним способом – предположить, что масса нашей Галактики гораздо больше, чем суммарная расчетная масса всех звезд и всего горячего газа, наблюдаемых в ней.
Однако в этой гипотезе была одна неувязка. Те самые расчеты, которые прекрасно описывали наблюдаемую во Вселенной распространенность легких элементов (водорода, гелия и лития), также говорили нам о том, сколько всего во Вселенной должно существовать протонов и нейтронов – составных частей обычного вещества. Тут все как в кулинарном рецепте, просто кухня у нас ядерная: объем получившегося блюда зависит от того, сколько в него положить каждого из ингредиентов. Если удваиваешь рецептуру – кладешь, например, четыре яйца вместо двух, то конечного продукта, в данном случае глазуньи, получится в два раза больше. И тем не менее первоначальная плотность протонов и нейтронов во Вселенной, возникшая при Большом взрыве, если определить ее в соответствии с наблюдаемым количеством водорода, гелия и лития, давала примерно в два раза больше материала, чем мы видим в звездах и раскаленном газе. Где же все эти частицы?
Придумать, где спрятать протоны и нейтроны, довольно легко (ни сугробы, ни планеты, ни специалисты по космологии не излучают свет), поэтому многие физики предположили, что существуют какие-то невидимые – «темные» – объекты, в которых столько же протонов и нейтронов, сколько и в видимых. Однако, если посчитать, сколько этого «темного вещества» нужно, чтобы объяснить движение видимого вещества в нашей Галактике, мы обнаружим, что отношение общего количества вещества к видимому – вовсе не 2 к 1, а скорее 10 к 1. И если это не ошибка, то темное вещество не может состоять из протонов и нейтронов. Их просто не хватит.
В начале 1980-х гг. я был юным физиком со специализацией по элементарным частицам, и когда узнал о том, что, вероятно, существует экзотическое темное вещество, то пришел в восторг. Ведь из этого буквально следовало, что доминирующие частицы во Вселенной – это не старые добрые нейтроны и протоны, которых кругом навалом, а, возможно, какая-то совершенно новая элементарная частица, нечто, чего в наши дни нет на Земле, нечто загадочное, струящееся меж звезд – какой-то тайный режиссер-постановщик гравитационного балета, который мы зовем Галактикой.
Однако лично меня еще больше приводили в восторг три новых направления исследований, которые потенциально могли представить мироздание в совершенно новом свете.
1. Если эти частицы были порождены Большим взрывом, как и легкие элементы, о которых я уже писал, мы наверняка можем опереться на наши знания о силах, определяющих взаимодействия элементарных частиц (а не ядер, взаимодействия между которыми важны при определении распространенности химических элементов), чтобы оценить количество возможных экзотических новых частиц в сегодняшней Вселенной.
2. Может быть, удастся вывести общее количество темного вещества во Вселенной на основании теоретических идей в физике элементарных частиц либо предложить новые эксперименты по обнаружению темного вещества; и то и другое покажет, сколько имеется вещества в целом, а следовательно, какова геометрия нашей Вселенной. Задача физики – не изобретать то, чего мы не видим, чтобы объяснить то, что мы видим, а разобраться, как увидеть то, чего мы не можем видеть, – увидеть то, что раньше было невидимым, то есть известное неизвестное. Каждый новый кандидат на темное вещество из числа элементарных частиц подразумевает новые эксперименты, которые позволили бы непосредственно зарегистрировать частицы темного вещества в их шествии через Галактику: надо построить на Земле приборы, которые бы регистрировали такие частицы, когда Земля пересекает их путь в космосе. Если частицы темного вещества пронизывают всю Галактику рассеянными потоками, значит, они уже здесь, вокруг нас, их присутствие могут выявить наземные детекторы, и можно не высматривать в телескопы далекие объекты.
