В поисках истоков: как космология превратилась из мифологии в науку 0:01
На протяжении всей истории человечество создавало нарративы, объясняющие устройство мира: от мифов аборигенов Австралии и полинезийского фольклора до библейских сюжетов. Однако в XX веке наука перешла от «костра» к математической точности, получив возможность изучать события, произошедшие миллиарды лет назад. В рамках мероприятия World Science Festival физик Брайан Грин вместе с коллегами обсудил состояние современной космологии, фундаментальные тайны Вселенной и вопрос о том, сможем ли мы когда-нибудь окончательно понять, как всё началось.
🔭 Наследие Эйнштейна и расширение Вселенной 10:34
Фундаментом современной космологии стала Общая теория относительности Альберта Эйнштейна, опубликованная в 1915 году. По словам Евы Силверстайн, Эйнштейн описал Вселенную как пространство-время, которое искривляется под воздействием материи и энергии, определяя траектории движения объектов.
Интересно, что сам Эйнштейн первоначально противился идее расширяющейся Вселенной, так как она подразумевала начало, что казалось ему «слишком библейским». Адам Рис отметил, что Эйнштейн даже ввёл «космологическую постоянную» — гипотетическую энергию с отталкивающей силой, чтобы сбалансировать гравитацию и сохранить Вселенную статической.
Позже наблюдения Эдвина Хаббла, показавшие, что галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию, вынудили Эйнштейна признать расширение и назвать введение константы «величайшей ошибкой в своей карьере».
Как измерить скорость Вселенной 17:33
- Эффект Доплера: Астрономы используют красное смещение для измерения скорости удаления объектов. Поскольку свет — это волна, при расширении пространства длина волны «растягивается», смещаясь в красную область спектра.
- Постоянная Хаббла: Сегодня ученые используют этот параметр для измерения скорости расширения. По словам Адама Риса, это единица «обратного времени», позволяющая понять, как быстро удваиваются масштабы Вселенной. Сейчас общепринятым значением считается скорость около 70 км/с на мегапарсек, хотя в научном сообществе ведутся дискуссии о точности этого числа.
🌑 Темная материя и темная энергия: невидимые игроки 23:29
Современная модель Вселенной, называемая Lambda-CDM (где Lambda — темная энергия, а CDM — холодная темная материя), строится на предположении, что видимая материя составляет лишь ничтожную часть мира.
Основные компоненты Вселенной 28:32
- Темная энергия (~68%): Сила, заставляющая Вселенную расширяться с ускорением.
- Темная материя (~27%): Невидимое вещество, удерживающее галактики от распада.
- Обычная материя (~5%): Всё, что мы видим: звезды, планеты, люди.
Джо Данли подчеркивает, что существование темной материи было впервые заподозрено Фрицем Цвикки в 1930-х годах из-за аномально высоких скоростей движения галактик в скоплениях. Позже Вера Рубин подтвердила это, наблюдая за вращением отдельных галактик: звезды на краях двигались слишком быстро и должны были быть выброшены, если бы не «скрытая масса».
Адам Рис, получивший Нобелевскую премию за открытие ускоренного расширения Вселенной, отметил, что темная энергия остается самой большой загадкой: «Мы делаем выводы об их существовании по гравитации, но у нас нет прямого физического доказательства, нет «кусочка» темной материи в руках». Ева Силверстайн добавляет, что существующие расчеты энергии вакуума расходятся с наблюдаемыми значениями на 60–120 порядков, что указывает на фундаментальный пробел в нашем понимании.
💥 Как всё началось: Инфляция и её критики 56:36
Вопрос о «искре», породившей Большой взрыв, остается дискуссионным. Доминирующая теория — инфляция — предполагает, что в самые первые мгновения существования Вселенной действовало поле, обладающее колоссальной энергией и вызвавшее экспоненциальное расширение пространства.
Однако Джо Данли выразила скепсис: «Я не уверена на 100%, что инфляция действительно произошла». Она отмечает, что хотя данные фонового излучения удивительно хорошо согласуются с инфляционной моделью, существуют и альтернативные теории. Адам Рис поддержал осторожность, вспомнив историю с эфиром: «В науке легко «застрять» на популярной идее, поэтому важно всегда рассматривать альтернативы».
📐 Проблема «напряжения Хаббла» 1:03:35
Сегодня космология сталкивается с серьезным кризисом: данные, полученные при изучении ранней Вселенной (реликтовое излучение), и данные, полученные при наблюдении «близких» объектов (цефеиды, сверхновые), дают разные значения скорости расширения Вселенной.
- Результат Джо Данли: Используя данные планк-спутника, она получает число 67.
- Результат Адама Риса: С помощью телескопов Hubble и James Webb он получает число 73.
Это расхождение в 10% является статистически значимым (более пяти стандартных отклонений), что, по мнению экспертов, может указывать на «трещину» в Стандартной модели физики. Адам Рис сравнивает это с «вытянутой ниткой на свитере»: возможно, это просто ошибка измерений, но есть вероятность, что мы стоим на пороге революции в понимании гравитации или свойств темной материи.
🔮 Будущее: есть ли предел познания? 1:18:11
Участники дискуссии выразили надежду, что новые инструменты — обсерватория Simons, телескоп Roman, и детекторы гравитационных волн — помогут пролить свет на тайны происхождения Вселенной.
Отвечая на вопрос о том, будет ли когда-нибудь понята причина самого начала («почему что-то существует, а не ничто»), участники были осторожны:
- Ева Силверстайн полагает, что физики могут построить полную самосогласованную теорию, которая объяснит «начало».
- Джо Данли надеется, что это знание доступно человечеству, хотя путь к нему может быть долгим.
- Адам Рис напомнил, что Вселенная не обязана быть «понятной» для нас, но подчеркнул: сам факт того, что биологический мозг, эволюционировавший на саванне для поиска еды, смог понять структуру Вселенной на 14 миллиардов лет назад, — это уже невероятный успех.
