Вселенная оказалась плоской

А заглянуть, наблюдая звездное небо над головой, можно не только в прошлое, но и в будущее. До недавних пор считалось, что судьба мироздания зависит лишь от массы вещества во Вселенной. Если масса достаточна велика, то Вселенная постепенно замедлит свое расширение. Верх возьмут гравитационные силы. Разлетавшиеся прежде галактики снова начнут сближаться и постепенно сольются. Во время этого «термозвездного синтеза» наши небеса разогреются так сильно, что вся твердь расплавится, и произойдет грандиозный взрыв.

^{Ракета «Дельта II 7425‑10» доставила в Космос зонд Уилкинсона}

^{Зонд Уилкинсона фиксировал излучение, наблюдавшееся через 380 тыс. лет после Большого Взрыва}

Сторонники другой теории – «открытой Вселенной» – считали, что наш мир будет неудержимо расширяться. «Почему мы обязаны полагать, что Вселенную ждет вечный покой? Нет, жизненные и материальные процессы могут длиться вечно», – писал американский астроном Фриман Дайсон в своей книге «Время без конца», вышедшей в 1979 году. На ее страницах он рисовал картину бесконечного Космоса, переживающего одну вечность за другой.

Астрономические наблюдения девяностых годов убеждали в правоте Дайсона. Похоже, галактики столь стремительно удалялись друг от друга, что никакая сила гравитации не заставит их повернуть назад. Материя никогда не сожмется воедино. Для этого ее масса слишком мала. Наша Вселенная возникла миллиарды лет назад в пламени Большого Взрыва и будет расширяться вечно. Она напоминает огромный шар, повисший посреди Пустоты. Шар этот стремительно раздувается. Скорость, с которой он увеличивается в объеме, в последние миллиарды лет все возрастает.

Однако написанное требовало тут же примечаний. Точный возраст Вселенной был по‑прежнему неясен. Сколько ей – десять, двенадцать, пятнадцать миллиардов лет? В середине девяностых годов астрономы пришли в замешательство, когда выяснилось, что самые старые звезды во Вселенной родились раньше, чем она, если предполагать, что ей – 12 миллиардов лет.

А из чего складывается масса мироздания? Видимой массы было явно недостаточно, чтобы удержать в равновесии Вселенную. Очевидно, галактики были окружены массивными, но невидимыми нам скоплениями материи. Космос изобиловал материей неизвестного происхождения.

Вопросы, вопросы, вопросы… Ученые отвечали на них, строя все новые модели развития Вселенной и выдвигая все новые гипотезы. Сколько могла продолжаться эта умозрительная игра? Можно ли теории космологов поверить практикой? Можно, но для этого надо было вглядеться вглубь Космоса так пристально, как не делалось еще никогда. Карта СОВЕ была слишком невнятной, чтобы толковать по ней прошлое и будущее Вселенной. И вот в первый год нового тысячелетия, 30 июня 2001 года, в Космос отправился новый зонд. Он назывался MAP (Microwave Anisotropy Probe) – «Микроволновый анизотропный зонд».

Оснащенный двумя телескопами зонд был доставлен на орбиту, находившуюся в полутора миллионах километров от Земли. На таком расстоянии на его работе не сказывались ни магнитное поле Земли, ни микроволновое излучение – фактор человеческой цивилизации. Разрешающая способность зонда MAP в двадцать с лишним раз превышала тот же показатель СОВЕ. Зонд обследовал буквально всю наблюдаемую часть Вселенной, скрупулезно измерил реликтовое излучение и нанес сведения о нем на карту.

В феврале 2003 года были обнародованы результаты работы зонда MAP. К тому времени он был переименован в зонд Уилкинсона в честь одного из авторов проекта, не дожившего до этого триумфа (профессор Принстонского университета Дэвид Уилкинсон был одним из пионеров в исследовании реликтового излучения).

Вчерашние гипотезы превратились в факты. Теперь мы знаем:

Возраст Вселенной составляет 13,7 (± 0,2) миллиарда лет (она почти в три раза старше Земли).

Первые звезды появились намного раньше, чем предполагалось: всего через 200 миллионов лет после Большого Взрыва.

Теория «космической инфляции» подтвердилась, хотя механизм этого процесса до сих пор не вполне ясен.

Скорость расширения Вселенной – она носит название «постоянной Хаббла» – составляет 71 километр в секунду на каждый мегапарсек расстояния (1 мегапарсек равен 3,26 миллиона световых лет). Этот показатель всего на один процент отличается отданных, полученных после десяти лет наблюдений с помощью Космического телескопа имени Хаббла. Совпадение тем более поразительно, что оба результата получены путем наблюдений за совершенно разными физическими процессами.

Вселенная состоит почти на три четверти из так называемой «темной энергии», природа которой непонятна, но именно от нее зависит судьба мироздания; она заставляет Вселенную расширяться все быстрее. На 25 процентов Космос состоит из не менее загадочной «темной материи». К ней принадлежат неизвестные пока элементарные частицы, движущиеся с малой скоростью. Что касается массы видимой материи – массы всех звезд, планет и газопылевых туманностей, – то она составляет около пяти процентов (!) массы мироздания.

Наша Вселенная оказалась «плоской», то есть ее пространство не искривлено наподобие поверхности шара. Таким образом, в трехмерном космическом пространстве справедлива знакомая всем евклидова геометрия, например, сумма углов треугольника обязательно равна 180°.

^{На карте Уилкинсона отмечены даже флуктуации температуры, равные 0,0002°}

Чтобы получить эти результаты, ученые проделали титаническую работу, проверив более миллиона различных моделей, пока не выбрали ту, что во всем совпадает с данными, собранными зондом Уилкинсона. Так криминалист мог бы среди миллиона отпечатков пальцев подыскивать один‑единственный.

Зато теперь один из участников этого исследования, профессор Принстонского университета Дэвид Спергелл, вправе был заявить: «Когда я занялся космологией, это была спекулятивная дисциплина. Я никогда не думал, что удастся достичь такой точности результатов. Теперь космология в самом деле стала экспериментальной наукой».

Одновременно велись и ведутся другие исследования – анализ распределения галактик и галактических скоплений, спектральный анализ света квазаров, измерение яркости далеких сверхновых звезд. По их результатам тоже можно оценить геометрию Вселенной, скорость ее расширения, плотность и распределение материи. Все эти данные совпали с результатами, полученными с помощью зонда Уилкинсона. Это лишь подчеркивает справедливость итоговой модели.

«Когда я придумал космическую инфляцию, – признался Алан Гут, – я и поверить не мог, что когда‑нибудь увижу, как мои расчеты будут поверены практикой. Позднее боялся, что теория будет опровергнута. Теперь же дело свелось лишь к уточнению кое‑каких деталей».

Уточнять есть что. Никто не знает, когда и как началась «космическая инфляция», долго ли она продолжалась и почему прекратилась. Сейчас существует уже более трехсот различных моделей этого процесса. Предстоит выбрать наиболее точную модель, но это не меняет главного: «космическая инфляция» стала частью экспериментальной науки.

Теперь на очереди исследование гравитационных волн – искривлений пространства‑времени, возникших сразу после Большого Взрыва (Big Bang). Существование этих волн также проистекает из теории «космической инфляции». Итак, настает время точной, экспериментальной космологии.

Точность данных, полученных зондом Уилкинсона, поразительна. Теперь теоретики располагают солидной экспериментальной базой – фундаментом современной космологии, ее стандартной моделью. Даже удивительно, что теории космологов так точно описывают раннюю эпоху существования Вселенной, хотя ученые понимают, что… ничего не знают о том, из чего на 95 процентов состоит мироздание.