Концепції сучасної космології
Заплутались у всіх цих теоріях? Добре
Джеймс Піблс
Про автора
Джеймс Піблс — один із визнаних у світі космологів, провідний гравець у перших аналізах космічного мікрохвильового випромінювання та загальної будови Всесвіту. Він отримав деякі з найвищих відзнак в астрономії, включаючи нагороду ім. Гайнемана (1982 р.), в 1993 році йому присвоєно звання почесного лектора ім. Генрі Норріса Рассела від Американського астрономічного товариства; медаль ім. Бруса Тихоокеанського астрономічного товариства (1995 р.). Тепер Піблс — почесний професор Принстонського університету.
Джерело: Світ Науки №2 (8) 2001, спецвипуск: Величний Космос, с. 124—125.
Вміщено на Українському астрономічному порталі з дозволу Олександра Завадки, Видавничий Дім «НАУТІЛУС».
Тепер настали хвилюючі часи для космологів: відкриття сипляться одне за одним, ідеї б’ють джерелом, а дослідження з випробувань цих ідей аж киплять. Але це також і часи сум’яття. Всі ідеї, що тепер розглядаються, не можуть бути правильними, вони навіть не узгоджуються між собою. Як же нам оцінити ці успіхи? Тут описано, яким чином це зробити.
Тепер настали хвилюючі часи для космологів: відкриття сипляться одне за одним, ідеї б’ють джерелом, а дослідження з випробувань цих ідей аж киплять. Але це також і часи сум’яття. Всі ідеї, що тепер розглядаються, не можуть бути правильними, вони навіть не узгоджуються між собою. Як же нам оцінити ці успіхи? Тут описано, яким чином це зробити.
Космологи заклали міцні основи своєї галузі, а тому про спростовані теорії багато говорити не будемо. За останні 70 років ми зібрали численні свідчення, що наш Всесвіт розширюється й охолоджується. По-перше, світло од віддалених галактик зміщується в червону сторону, як і повинно бути, якщо простір розширюється і галактики віддаляються одна від одної. По-друге, море теплового випромінювання заповнює простір, як і має бути, якщо простір колись був щільнішим і гарячішим. По-третє, Всесвіт містить велику кількість дейтерію і гелію — так і повинно бути, якщо колись температури сягали значно вищих позначок. По-четверте, галактики мільярди років тому виглядають явно молодшими, як і повинно бути, якщо вони за часом ближчі до моменту, коли галактик ще не було. І нарешті: виглядає на те, що кривизна простору-часу пов’язана зі вмістом матерії Всесвіту, а так і має бути, якщо він розширюється відповідно до передбачень теорії гравітації Ейнштейна, загальної теорії відносності.
Суть теорії Великого Вибуху полягає у факті розширення та охолодження Всесвіту. Зауважте: я нічого не говорив про сам вибух — теорія Великого Вибуху описує те, як Всесвіт еволюціонує, а не те, як він почався.
Я порівнюю процес розбудови таких незаперечних наслідків (у космології чи іншій науці), з монтажем каркаса. Ми намагаємося підсилити кожну частину доказів, додаючи поперечні кріплення з різних вимірювань. Наш каркас навколо розширення Всесвіту укріплений досить міцно, аби триматися купи. Теорія Великого Вибуху тепер серйозно не піддається сумніву; в цілому вона підігнана дуже добре. Навіть найрадикальніша альтернатива — остання версія теорії стаціонарності — не заперечує того, що Всесвіт розширюється й охолоджується. Безумовно, ви ще простежуєте відмінності думок у космології, але вони торкаються лише додатків до усталеної частини.
Наприклад, ми не знаємо, що було зі Всесвітом до його розширення. Провідна теорія — інфляція — це привабливий додаток до каркаса, але їй бракує поперечного кріплення. Саме його космологи сьогодні і шукають (див. статтю «Відлуння Великого Вибуху» на стор. 108).
Якщо поточні вимірювання узгодяться з унікальними ознаками інфляції, тоді ми вважатимемо їх переконливими аргументами на користь цієї теорії. Але доти я би не сперечався на заклад, чи інфляція дійсно мала місце. Не критикуючи теорію, я просто вважаю, що це смілива, передова робота, але її ще треба випробувати.
Переконливішим є свідчення про те, що більшість маси Всесвіту складається з темної матерії, скупченої навколо зовнішніх частин галактик. Ми також маємо обґрунтовані підтвердження на користь сумнозвісної космологічної постійної Ейнштейна або чогось подібного; вона могла би бути чинником прискорення, якого Всесвіт, здається, зазнає. Десятиліття тому космологи в основному сприйняли темну матерію як елегантний спосіб пояснення руху зір і газу в галактиках. Проте більшість дослідників відчувала щиру неприязнь до космологічної постійної. Тепер більшість приймає її або ж споріднену до неї концепцію квінтесенції (див. статтю «Всесвіт п’ятої сутності — квінтесенція»). Фізики, котрі вивчають елементарні частинки, прийняли виклик, кинутий космологічною постійною квантовій теорії. Такі зміни поглядів — не відображення якоїсь притаманної слабкості; вони радше відображають закономірний стан хаосу в галузі, що розбудовується навколо закріпленого каркаса, який повільно зростає. Ми — студенти природи і підправляємо свої уявлення з кожним уроком.
Уроки в даному разі включають і ознаки того, що розширення космосу прискорюється: яскравість Наднових на близьких і далеких відстанях; вік найстаріших зір; викривлення світла далекими масивними об’єктами; флуктуації температури теплового випромінювання на небі (див. статтю «Спеціальний випуск. Революція у космології» в «Scientific American» за січень 1999 р.). Ці свідчення вражають, але мене все ще непокоять подробиці у випадку космологічної постійної, включно з можливими суперечностями з еволюцією галактик та їхнім просторовим розподілом. Теорія прискорення Всесвіту ще в стані розробки. Мені подобається така архітектурна споруда, але я ще би не селився в ній.
Чи може одна особа судити в засобах інформації про поступ у космології? Я почуваюся незручно від статей, що спираються на інтерв’ю лише з однією людиною. Наукові дослідження — це складна і заплутана справа. Навіть найбільш досвідчені науковці не в змозі утримати все у полі зору. Звідки мені знати, що саме цей чоловік здатен на це? Уся громада науковців також може збитися з правильного напрямку, але таке трапляється рідко. Саме тому я почуваюся ліпше, коли бачу, що журналіст проконсультувався з певним зрізом загальної громади і дійшов погодженої думки щодо правдоподібності досягнутих результатів. Результат стає цікавішим, коли його відтворюють інші. Він стає переконливішим, коли незалежні лінії доказів вказують на той самий висновок. Як на мене, то найкращі доповіді про науку в засобах інформації стосуються не лише останніх відкриттів та ідей, а й суттєвого, хоча деколи нудного, процесу випробування та встановлення поперечних кріплень.
З часом інфляція, квінтесенція та інші поняття, що нині обговорюються, або будуть міцно вмуровані в центральний каркас, або відкинуті і заміщені чимось кращим. У такому сенсі, ми позбавляємо себе роботи. Але Всесвіт, м’яко кажучи, є складним місцем, і було б нерозумно гадати, що найближчим часом ми вичерпаємо продуктивні напрямки досліджень. Сум’яття — це ознака того, що ми чинимо вірно, це — творчий неспокій на будівельному майданчику.
