В конце 1990-х годов группа астрофизиков, изучавшая далекие взрывы звезд, пришла к шокирующему выводу: расширение Вселенной не замедляется под действием гравитации, а, напротив, ускоряется. Это открытие, удостоенное Нобелевской премии, ввело в научный обиход понятие «тёмной энергии» — таинственной силы, составляющей большую часть мироздания, природа которой до сих пор остается главной загадкой современной физики.
🌌 Масштабы Вселенной: от крупицы песка до миллиардов галактик 0:05
Адам Рисс начинает свое выступление с демонстрации самого глубокого изображения Вселенной, когда-либо полученного человечеством . Чтобы сделать этот снимок, телескоп «Хаббл» в течение нескольких недель держал затвор открытым, собирая свет из крошечного, казалось бы, пустого участка неба.
По словам учёного, этот участок настолько мал, что его можно закрыть одной песчинкой, удерживаемой на расстоянии вытянутой руки . Тем не менее, на снимке видны десятки тысяч галактик, самые тусклые из которых в триллион раз слабее того, что может различить человеческий глаз.
Ключевые факты о движении Вселенной:
- Динамичность: Несмотря на то что на снимках Вселенная кажется статичной, она находится в постоянном движении со времен Большого взрыва .
- Аналогия с изюмом: Адам Рисс сравнивает расширение пространства с выпеканием хлеба с изюмом. По мере того как тесто (пространство) поднимается, расстояние между изюминками (галактиками) увеличивается. С какой бы «изюминки» вы ни смотрели, все остальные будут удаляться от вас .
- Зависимость скорости от расстояния: Чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она удаляется, так как между нами и ею находится больше «теста» (пространства) .
📏 Космическая линейка: как измерить расстояние до звезд 2:44
Главная проблема космологии — определение точного расстояния до объектов. Адам Рисс выделяет несколько методов, используемых астрономами:
- Параллакс: Создание виртуального треугольника в пространстве. Измеряя угол, под которым виден объект из двух разных точек (например, с разных сторон земной орбиты), можно вычислить расстояние до него .
- Стандартные свечи (метод маяка): Если мы знаем внутреннюю яркость (светимость) объекта, то по тому, насколько тусклым он кажется, можно определить расстояние. Здесь работает закон обратных квадратов: если объект в два раза дальше, он будет в четыре раза тусклее .
- Объекты известного размера: Подобно тому, как мы понимаем, что маленькие самолеты в небе — это обычные самолеты на большом расстоянии, а не «самолеты-малыши», астрономы ищут в космосе объекты с предсказуемыми физическими параметрами .
💣 Тип 1A: Идеальная «стандартная свеча» 5:44
Для измерения расширения Вселенной ученые используют сверхновые типа 1A. Адам Рисс описывает механизм их возникновения, основываясь на работах индийского астрофизика Субраманьяна Чандрасекара :
- Белый карлик: Это ядро звезды (похожей на наше Солнце), которое удерживается от коллапса давлением вырожденных электронов .
- Предел Чандрасекара: Белый карлик может существовать только до тех пор, пока его масса не превысит 1,4 массы Солнца .
- Взрыв: Если белый карлик перетягивает вещество со звезды-компаньона и пересекает этот предел, происходит термоядерный взрыв.
- Эталонная яркость: Поскольку все такие звезды взрываются при достижении одной и той же массы, их пиковая светимость одинакова — примерно в 4 миллиарда раз ярче Солнца . Это делает их идеальными инструментами для измерения расстояний на миллиарды световых лет.
🤯 Момент истины: Отрицательная масса в лабораторном журнале 26:24
В середине 1990-х годов общепринятая гипотеза гласила, что расширение Вселенной должно замедляться из-за гравитационного притяжения материи. Адам Рисс вспоминает, как в 1997 году он анализировал данные своих наблюдений и получил результат, который не имел физического смысла в рамках старой модели .
«Масса должна была быть либо маленьким числом (около 0,3), либо большим (около 1,0). Вместо этого компьютер выдал отрицательное число» . По мнению Рисса, поскольку отрицательной массы не существует, это означало только одно: в уравнении не хватает силы, которая противодействует гравитации. Эйнштейн называл это «космологической постоянной», сегодня мы называем это тёмной энергией .
📧 Сомнения и страхи: Закулисье открытия 29:43
Реакция научного сообщества на эти данные была крайне осторожной. Адам Рисс приводит выдержки из переписки со своими коллегами по команде High-Z Supernova Search Team:
- Бруно Либенгут (Германия): Спрашивал, готовы ли они защищать такой ответ, так как нет смысла публиковаться, не будучи уверенными на 100% .
- Брайан Шмидт (Австралия): Называл результаты «ошеломляющими» и сомневался в них .
- Боб Киршнер (Гарвард): Опасался, что им придется отозвать свои результаты через год, и советовал не спешить .
- Ник Сантзефф (Чили): Напротив, подгонял Рисса, понимая, что это самый важный результат в их жизни: «Если ты уверен... боже, выпускай это!» .
В 1998 году статья была опубликована, подтвердив, что Вселенная на 70% состоит из тёмной энергии . Параллельно к тем же выводам пришла конкурирующая группа под руководством Сола Перлмуттера.
🥧 Рецепт Вселенной и загадка «120 порядков» 44:04
Благодаря открытию ускорения, ученые смогли составить точный «рецепт» состава Вселенной. По словам Адама Рисса, привычная нам материя (атомы, звезды, планеты) составляет ничтожную часть мироздания:
- 0,05% — планеты.
- 0,5% — звезды.
- 4% — межзвездный газ.
- 25% — тёмная материя (удерживает галактики вместе).
- 70% — тёмная энергия (расталкивает Вселенную) .
Главный парадокс заключается в том, что попытки рассчитать энергию вакуума (тёмную энергию) методами квантовой механики дают результат, который на 120 порядков (единица со 120 нулями) отличается от наблюдаемого в телескопы . Адам Рисс подчеркивает, что это «самое худшее предсказание в истории физики».
🔭 Будущее: Точность в 1/1000 пикселя 48:45
Для уточнения скорости расширения Вселенной (постоянной Хаббла) Рисс и его команда разработали метод «пространственного сканирования» для телескопа «Хаббл».
Вместо того чтобы фиксировать звезды как точки, телескоп плавно перемещают во время экспозиции, превращая свет в параллельные линии . Это позволяет измерять положение объектов с невероятной точностью — до 1/1000 доли пикселя. Такая точность необходима, чтобы измерить параллакс звезд на краю Млечного Пути и откалибровать «космическую лестницу расстояний» .
В ближайшее десятилетие NASA и Европейское космическое агентство планируют запустить специализированные телескопы (например, Euclid и Roman Space Telescope) для изучения того, является ли тёмная энергия статической или динамической величиной . Это определит судьбу Вселенной: замерзнет ли она в бесконечном расширении или когда-нибудь снова начнет сжиматься.
