Книга: Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

* * *

Хотя мейнстримная космология по-прежнему сосредоточена на стандартной модели — Большой взрыв, описываемый метрикой ?CDM, плюс инфляция, скрытая масса и темная энергия, — ропот несогласных постепенно становится все более заметным. На конференции по альтернативам стандартной модели в 2005 году Эрик Лернер заявил: «Предсказания Большого взрыва стабильно не оправдываются, каждый раз ситуацию приходится исправлять задним числом». Риккардо Скарпа сказал примерно то же самое: «Всякий раз, когда базовая модель с Большим взрывом не в состоянии предсказать то, что мы наблюдаем, к ней просто прикручивают что-нибудь новое». Годом раньше оба эти исследователя были среди подписантов открытого письма, предупреждавшего, что исследования альтернативных космологических теорий не финансируются, а научная дискуссия на эту тему попросту подавляется.

Подобные жалобы могли бы показаться просто проявлением зависти, но на самом деле они основаны на некоторых свидетельствах, не укладывающихся в общую канву, — это не просто философские возражения против трех добавлений к теории Большого взрыва. Космический телескоп Spitzer обнаружил галактики с таким большим красным смещением, что возникнуть они должны были меньше чем через миллиард лет после Большого взрыва. Если так, то доминировать в них должны молодые сверхгорячие голубые звезды. Но вместо этого галактики содержат слишком много постаревших холодных красных звезд. Это заставляет предположить, что данные галактики старше, чем предсказывает теория Большого взрыва, а значит, старше и Вселенная. Вдобавок некоторые звезды сегодня кажутся старше Вселенной. Это красные гиганты — настолько долгоживущие, что на сжигание достаточного количества водорода у них должно было уйти намного больше времени, чем 13,8 миллиарда лет — принятый на сегодня возраст Вселенной[91]. Более того, существуют громадные сверхскопления галактик с большим красным смещением — им тоже не должно было хватить времени на образование таких больших структур. По поводу этих интерпретаций ведутся споры, но третий из приведенных наблюдаемых фактов объяснить особенно трудно.

Если Вселенная намного старше, чем считается в настоящее время, то как можно объяснить те наблюдения, которые привели в свое время к созданию теории Большого взрыва? Главные из них — красное смещение и реликтовое микроволновое излучение плюс большое количество более тонких деталей. Может быть, фоновое излучение — не реликт рождения Вселенной; может, это просто звездный свет, который миллиарды лет носится по всей Вселенной, поглощается объектами и излучается вновь. Общая теория относительности сосредоточена на тяготении, тогда как в этом процессе участвуют также электромагнитные поля. Поскольку большую часть вещества во Вселенной составляет плазма, динамика которой управляется электромагнетизмом, странно кажется пренебрегать этими эффектами. Однако космология плазмы потеряла поддержку в 1992 году, когда данные COBE показали, что спектр реликтового излучения соответствует спектру излучения абсолютно черного тела.

А что красное смещение? Безусловно, оно существует и выявляется фактически повсеместно; кроме того, оно меняется с расстоянием. В 1929 году Фриц Цвикки предположил, что свет в движении постепенно теряет энергию, так что, чем большее расстояние он проходит, тем больше становится красное смещение. Говорят, что теория «усталости света» несовместима с эффектами растяжения времени, которые согласуются с космологическим (за счет расширения) происхождением красного смещения, но аналогичные теории с иными механизмами позволяют обойти эту конкретную проблему.

Далее, гравитация снижает энергию фотонов, что сдвигает весь спектр к красному его концу. Гравитационное красное смещение, вызванное обычными звездами, очень мало, но черные дыры, такие, к примеру, как те, что располагаются в центрах галактик, оказывают более сильное воздействие. Мало того, крупномасштабные флуктуации реликтового излучения (измеренные WMAP) в основном вызваны гравитационным красным смещением. Однако даже этот эффект слишком незначителен. Тем не менее Холтон Арп много лет утверждал, что красное смещение может быть результатом воздействия сильной гравитации на свет; от этой теории, по существу, отмахнулись, не дав никакого убедительного опровержения[92]. На самом же деле эта альтернативная теория даже предсказывает правильную температуру для реликтового излучения. И в ней не нужно считать, что пространство расширяется, а галактики нет, несмотря на то что они представляют собой в основном пустое пространство[93].

Альтернативные Большому взрыву теории продолжают появляться. Одну из последних предложил в 2014 году Саурья Дас и развил затем в соавторстве с Ахмедом Али; эта теория основана на интерпретации квантовой механики Дэвидом Бомом, в которой устранен элемент случайности. Квантовая теория Бома неортодоксальна, но вполне респектабельна; отмахиваются от нее потому, что во многих отношениях она эквивалентна стандартному подходу и отличается от него в основном интерпретациями, поэтому доказать ее ошибочность невозможно. Али и Дас оспаривают обычный аргумент в пользу Большого взрыва — когда расширение Вселенной отыгрывают назад до первоначальной сингулярности. Они указывают, что общая теория относительности перестает действовать прежде, чем достигается сингулярность, но космологи продолжают применять ее так, как если бы она по-прежнему работала. Али и Дас вместо этого применяют квантовую механику Бома, в которой траектория частицы имеет смысл и может быть вычислена. Это приводит к появлению небольшого корректирующего свободного члена в Эйнштейновых уравнениях поля, что устраняет сингулярность. Получается, что Вселенная, возможно, существовала всегда, и это никак не противоречит нынешним наблюдениям[94].

Конкурентам Большого взрыва приходится проходить суровые испытании. Если Вселенная была всегда, то большая часть содержавшегося в ней дейтерия должна была бы исчезнуть в процессе ядерного синтеза, но этого не произошло. С другой стороны, если срок жизни Вселенной конечен, но Большого взрыва не было, не появилось бы достаточное количество гелия. Эти возражения, однако, опираются на конкретные допущения об отдаленном прошлом Вселенной и игнорируют другую возможность: ведь могло произойти нечто столь же радикальное, как и Большой взрыв, но другое. Пока не появилось никакого конкретного альтернативного объяснения, которое было бы по-настоящему сильным, но и Большой взрыв тоже не выглядит особенно убедительно. Подозреваю, что лет через пятьдесят космологи будут отстаивать совершенно другие теории происхождения Вселенной.