Шрифт:
Решение головоломки: где, когда, как и кто?
С точки зрения теории существует несколько возможностей учета темной энергии:
Возвращение космологической постоянной Эйнштейна.Будет забавно, если окажется невозможным обойтись без «самой крупной ошибки» Эйнштейна. Ведь правильно подобранная космологическая постоянная отразит противодействие тяготению в виде отрицательного давления, вызывающего ускоренное расширение Вселенной в согласии с опытными данными. Но если космологическая постоянная представляет собой энергию нулевых колебаний вакуума (представление квантовой механики, связанное с принципом неопределенности Гейзенберга), она получается на 120 порядков выше, и надо ее каким — то образом уменьшать.
Добавление зависящего от времени члена к эйнштейновским уравнениям поля.Если бы некоторая величина в уравнениях Эйнштейна менялась во времени, она могла бы объяснить незначительное влияние темной энергии для ранней Вселенной и последующее усиление ее роли. Хотя теоретики предпочитают простые уравнения по возможности с малым числом регулируемых параметров, надо рассмотреть и такой, менее изящный выход из положения.
Допущение изменения во времени фундаментальных величин, ранее считавшихся постоянными.Возможно, скорость света или постоянная тяготения менялись со временем. Исследования в этом направлении продвигаются с трудом и дают противоречивые результаты.
Добавление пятого, еще не выявленного взаимодействия.Данное взаимодействие получило название «квинтэссенция» и представляет собой еще не выявленное поле отрицательной энергии, пронизывающей все пространство. Схожее представление связано со спиновым полем, именуемым спинтэссенцией.
Допущение гипотетических частиц под названием аксионы.Если аксионы существуют, то фотоны могут генерировать аксионы, а затем опять становиться фотонами, вызывая изменения в светимости звезд. Другая возможность состоит в том, что аксионы каким — то образом связывают друг с другом темную материю и темную энергию. Аксионы — необычные частицы, возможно, имеющие отношение к вопросу о происхождении массы элементарных частиц Вселенной (см. гл. 2).
Допущение возможности существования множественных вселенных.Возможно, квантовая пена породила много вселенных, и мы обитаем в одной из них. Другие вселенные вполне могут обладать иной величиной сил взаимодействия, иными постоянными или даже совершенно иными физическими законами. Наша приютила жизнь, благодаря чему мы можем рассуждать о ее природе.
Взаимодействие мембраны, содержащей нашу Вселенную, с мембранами, содержащими иные вселенные.В случае истинности одной из теорий относительно источника массы у частиц (см. гл. 2), включающих недоступные ощущениям многочисленные размерности, возможно, мембрана, на которой пребывает наша Вселенная, взаимодействует с другими мембранами посредством тяготения. Тогда мембраны могли бы сталкиваться, что заставило бы нас пересмотреть все прежние теории относительно эволюции Вселенной.
Где, когда и как.
Помимо теоретических разработок планируется проведение ряда опытов по выяснению природы и величины темной энергии и темной материи.
Космический телескоп Джеймса Уэбба.В 2010 году намечено заменить космический телескоп Хаббла другим, более мощным. Если вспомнить, сколькими успехами мы обязаны телескопу Хаббла, от его преемника следует ожидать еще более ощутимых результатов.
Спутник Планка.Европейское управление космических исследований готовит запуск спутника для проведения более точных по сравнению с сегодняшними измерений флуктуаций реликтового излучения. Запуск намечен на начало 2007 года.
Слоуновский цифровой обзор неба.В рамках этого грандиозного проекта, уже претворяемого в жизнь, с помощью 2,5 — метрового телескопа [обсерватории Апачи-Пойнт, [28] штат Нью-Мексико] проводится нанесение координат галактик одной четверти видимого неба. Будет охвачено более 100 млн. галактик.
SNAP (SuperNova/Acceleration Probe).В рамках данного проекта намечен запуск космического телескопа, который на протяжении трех лет смог бы регистрировать до 2 тыс. сверхновых типа 1а в год. Заработать он должен не позднее 2006 года.
28
Обсерватория в штате Нью-Мексико (США), находящаяся в собственности и эксплуатируемая сообществом университетов (Университетом штата Нью-Мексико, Вашингтонским, Чикагским, Принстонским университетами и Университетом штата Вашингтон). Основной инструмент — 3,5-метровыш альтазимутальным телескоп для наблюдений в оптическом и инфракрасном диапазонах. Главное зеркало имеет сотовую структуру и изготовлено методом вращательного литья, что делает его в 5 раз легче сплошного зеркала того же размера. В 1997 году для работы по проекту «Цифровой обзор неба» введены в строй 2,5-метровый телескоп и телескоп поддержки с зеркалом диаметром 0,6 м. Цель проекта состоит в том, чтобы собрать изображения и спектроскопические данные о сотнях миллионов астрономических объектов, в том числе слабые галактик. Имеется также телескоп с зеркалом диаметром 1 м, принадлежащий Университету штата Нью-Мексико. Обсерватория начала работу в конце 1990 года.
Обзор красных смещений галактик,расположенных в телесном угле размером 2°. Данный обзор осуществляется с помощью англо — австралийского 3,9 — метрового телескопа в обсерватории Сайдинг-Спринг австралийского штата Новый Южный Уэльс. Им будет охвачено более 250 тыс. галактик. Наблюдение уже ведется, и свежие данные размещаются на узле www. aao. gov. au/2df.
Кто.
В марте 2000 года Национальная академия наук США создала Комитет по физике Вселенной, перед которым поставлена задача — обеспечить взаимодействие астрономии и физики с целью преодоления привычных представлений и изучения новых возможностей на стыке обеих отраслей знаний. В своем отчете комитет подчеркивает «глубокую связь… между кварками и космосом» и предлагает «стать посредником в изучении физики Вселенной с участием Министерства энергетики, НАСА и Национального научного фонда. [29] Члены Комитета по физике Вселенной и те, кто может помочь в этом деле:
29
Независимое федеральное ведомство, основанное по инициативе Конгресса в 1950 году с целью содействия развитию фундаментальные и прикладные научные и научно — технических исследований в государственные интересах. Поддерживает и финансирует перспективные разработки в университетах и научно-исследовательских учреждениях. Во главе фонда стоит правление из 24 видные научные и общественные деятелей, назначаемые наряду с директором президентом США с согласия Сената на шестилетний срок и работающих на общественные началах. Его годовой бюджет в 1990-е годы составлял более трех миллиардов долларов. На его долю приходится примерно четверть всех средств, отпускаемые правительством на поддержание фундаментальной науки.
Майкл Стенли Тернер (Чикагский университет, председатель);
Роджер Дэвид Бландфорд (Калифорнийский технологический институт);
Сандра Мур Фейбер (Калифорнийский университет, Санта-Крус);
Томас К. Гайссер (Делавэрский университет);
Файона Энн Харрисон (Калифорнийский технологический институт);
Джон Питер Хачра (Гарвардский университет);
Хелен Р. Куинн (Стэнфордский центр линейного ускорителя);
Р. Дж. Хамиш Робертсон (Вашингтонский университет);