Современная космология столкнулась с серьезным кризисом: данные о скорости расширения Вселенной, полученные при изучении раннего космоса, расходятся с измерениями текущей эпохи. Нобелевский лауреат Адам Рисс и профессор Брайан Китинг обсуждают «хаббловскую напряженность», новые данные телескопа «Джеймс Уэбб» и вопрос о том, не пора ли пересмотреть стандартную модель Вселенной.
🌌 Открытие ускорения: как Эйнштейн оказался «прав в своей ошибке» 2:00
В 1998 году группа исследователей под руководством Адама Рисса опубликовала работу «Observational evidence from supernovae for an accelerating universe and a cosmological constant» . Используя сверхновые типа Ia в качестве «стандартных свечей», ученые обнаружили, что расширение Вселенной не замедляется под действием гравитации, как ожидалось ранее, а ускоряется .
Это открытие вернуло в науку концепцию космологической постоянной ($\Lambda$), которую Альберт Эйнштейн ввел в 1917 году, чтобы сделать Вселенную статической, а позже назвал своей «величайшей ошибкой» после работ Хаббла 1929 года .
Ключевые факты о сверхновых типа Ia:
- Природа: Это взрывы белых карликов, достигших предела Чандрасекара.
- Светимость: Они достигают яркости в 5 миллиардов Солнц, что позволяет видеть их на огромных расстояниях (вплоть до красного смещения $z=2$ и выше) .
- Роль: Служат вторым этапом «космической лестницы расстояний», позволяя калибровать расширение пространства на космологических масштабах .
По словам Адама Рисса, изначально команда полагала, что в расчеты закралась ошибка, так как результат противоречил интуиции того времени . Ученым пришлось перепроверять так называемые «K-коррекции» — релятивистские поправки, учитывающие эффекты красного смещения и замедления времени .
📏 Хаббловская напряженность: конфликт начала и конца истории 10:12
Главной проблемой современной астрофизики является «хаббловская напряженность» (Hubble tension) — несоответствие между предсказанным и измеренным значением постоянной Хаббла ($H_0$).
Суть проблемы, по описанию Адама Рисса:
- Метод «с начала»: На основе данных о реликтовом излучении (CMB), полученных спутником Planck, ученые моделируют состояние Вселенной спустя 380 000 лет после Большого взрыва. Экстраполяция этих данных на сегодняшний день дает одно значение скорости расширения .
- Метод «с конца»: Прямые измерения расстояний до объектов в современной Вселенной (цефеиды, сверхновые) дают другое, более высокое значение .
Статистическая значимость этого расхождения достигла порога в 5 сигма . Это означает, что вероятность случайного совпадения крайне мала, и проблема, скорее всего, кроется либо в систематических ошибках измерений, либо в самой космологической модели. Рисс отмечает, что история Вселенной не должна зависеть от того, с какого конца мы начинаем её изучать .
🔭 «Джеймс Уэбб» против систематических ошибок 21:12
Существовала гипотеза, что измерения телескопа «Хаббл» были искажены из-за эффекта «скученности» (crowding): в далеких галактиках свет других звезд мог смешиваться со светом цефеид, заставляя их казаться ярче, чем они есть на самом деле («bias bright») .
Однако новые данные с космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), обладающего гораздо более высоким разрешением, опровергают эту версию.
- Разрешение: JWST позволяет четко отделить цефеиды от фонового шума и соседних звезд .
- Результат: Измерения JWST подтвердили данные «Хаббла». Цефеиды не выглядят иначе при более детальном рассмотрении .
- Инфракрасный диапазон: Работа в ближнем ИК-диапазоне помогает минимизировать влияние космической пыли, которая поглощает свет .
По мнению Адама Рисса, сохранение напряженности даже при использовании более совершенных инструментов указывает на то, что это «фундаментальная истина на небе», а не ошибка калибровки .
🧬 Космологический принцип и альтернативные взгляды 38:17
Брайан Китинг упомянул критику стандартной модели со стороны таких ученых, как Субир Саркар из Оксфорда. Саркар утверждает, что Космологический принцип (утверждение об однородности и изотропности Вселенной) может быть ошибочным, а темная энергия — это иллюзия, вызванная нашим движением через пространство .
Адам Рисс выразил несогласие с этой позицией:
- Он считает данные об анизотропии (неоднородности) объектов в пространстве неубедительными .
- По мнению гостя, отказ от Космологического принципа — это «последнее, от чего стоит отказываться», так как он является основой самой возможности проведения экспериментов в астрономии. Без него мы не могли бы предполагать, что физические законы в далекой галактике такие же, как в Млечном Пути .
Также обсуждался вклад Джеффри Бербиджа и Джаянта Нарликара, которые поддерживали теорию квазистационарной Вселенной . Нарликар, по словам Китинга, до сих пор придерживается идеи отсутствия сингулярного начала (Большого взрыва) .
🕰️ Гравитационное линзирование как новый метод 44:42
Одним из перспективных способов независимого измерения постоянной Хаббла является использование временных задержек при гравитационном линзировании.
- Массивные объекты (галактики) искривляют свет от фоновых источников (квазаров или сверхновых), создавая несколько изображений одного и того же объекта (например, «крест Эйнштейна» или кольца Эйнштейна) .
- Поскольку пути света в разных изображениях имеют разную длину, переменные события (вспышки) происходят в них с задержкой во времени .
- Измерение этой задержки позволяет вычислить расстояние напрямую, зная скорость света .
Недавнее исследование сверхновой Refsdal (первая многократно линзированная сверхновая) показало потенциал этого метода . Тем не менее, Рисс подчеркивает, что точность этого метода пока ограничена «модельной неопределенностью» — сложностью точного определения распределения темной материи в галактике-линзе . Ситуация напоминает «модели-спагетти» при предсказании траектории ураганов: разные модели дают разброс результатов .
👶 Проблема «ранних галактик» и Большой взрыв 50:32
Летом 2023 года в соцсетях распространились утверждения, что JWST якобы «опроверг Большой взрыв», обнаружив слишком массивные и развитые галактики на очень ранних этапах жизни Вселенной (красные смещения $z \approx 12-13$) .
Адам Рисс призывает к осторожности в выводах:
- Эффект селекции: Мы видим только самые редкие, крупные и яркие объекты («самых высоких людей в толпе»), что искажает общее представление о популяции ранних галактик .
- Масштаб исследований: Пока изучена лишь малая часть неба. Глубокие обзоры дадут более точную статистику .
- Трактовка: Даже если галактики развивались быстрее, чем предсказывали модели, это может означать необходимость уточнения процессов звездообразования или свойств темной материи, а не отказ от теории Большого взрыва .
Рисс полагает, что те, кто поспешил заявить об отмене Большого взрыва, имели «собственную повестку» .
🤖 Будущее науки: ИИ и невидимые горизонты 49:14
В завершение беседы участники затронули роль искусственного интеллекта в науке. Рисс настроен оптимистично: он уже использует ChatGPT для написания кода и черновиков писем . Он надеется, что ИИ освободит разум ученых для решения более фундаментальных и творческих задач .
Относительно будущего Хаббловской напряженности, Адам Рисс считает задачу измерения $H_0$ решаемой («knowable thing») благодаря новым данным от LIGO (гравитационные волны) и обсерватории Саймонса . Однако он не уверен, насколько быстро придет теоретическое понимание природы темной энергии. Как и в случае с аномалией орбиты Меркурия, для решения может потребоваться принципиально новая теория гравитации, подобная общей теории относительности Эйнштейна .
