Расширение Вселенной
Расширение Вселенной
Если поглядеть на небо ясной безлунной ночкой, то самыми колоритными объектами, вероятнее всего, окажутся планетки Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. А еще вы увидите целую россыпь звезд, схожих на наше Солнце, но расположенных намного далее от нас. Некие из этих недвижных звезд в реальности чуть приметно смещаются друг относительно друга при движении Земли вокруг Солнца. Они совсем не недвижны! Это происходит, так как такие звезды находятся сравнимо близко к нам. Вследствие движения Земли вокруг Солнца мы лицезреем эти более близкие звезды на фоне более дальних из разных положений. Тот же самый эффект наблюдается, когда вы едете на машине, а деревья у дороги как будто бы изменяют свое положение на фоне ландшафта, уходящего к горизонту (рис. 14). Чем поближе деревья, тем заметнее их видимое движение. Такое изменение относительного положения именуется параллаксом. В случае со звездами это реальная фортуна для населения земли, так как параллакс позволяет нам конкретно измерить расстояние до их.
Рис. 14. Звездный параллакс.
Движетесь ли вы по дороге либо в космосе, относительное положение ближних и далеких тел меняется по мере вашего движения. Величина этих конфигураций может быть применена для определения расстояния меж телами.
Самая близкая звезда, Проксима Центавра, удалена от нас приблизительно на четыре световых года либо 40 миллионов миллионов км. Большая часть других звезд, видимых невооруженным глазом, находятся в границах нескольких сотен световых лет от нас. Для сопоставления: от Земли до Солнца всего восемь световых минут! Звезды разбросаны по всему ночному небу, но в особенности густо рассыпаны они в полосе, которую мы называем Млечным Методом. Уже в 1750 г. некие астрологи высказывали предположение, что вид Млечного Пути можно разъяснить, если считать, что большая часть видимых звезд собраны в дискообразную конфигурацию, наподобие тех, что мы сейчас называем спиральными галактиками. Только через несколько десятилетий британский астролог Уильям Гершель подтвердил справедливость этой идеи, тщательно подсчитывая число звезд, видимых в телескоп на различных участках неба. Все же полное признание эта мысль получила только в двадцатом столетии. Сейчас мы знаем, что Млечный Путь — наша Галактика — раскинулся от края до края примерно на 100 тыщ световых лет и медлительно крутится; звезды в его спиральных рукавах совершают один оборот вокруг центра Галактики за несколько сотен миллионов лет. Наше Солнце — самая рядовая желтоватая звезда средних размеров — находится у внутреннего края 1-го из спиральных рукавов. Точно, мы сделали длиннющий путь со времен Аристотеля и Птолемея, когда люди считали Землю центром Вселенной.
Современная картина Вселенной начала прорисовываться в 1924 г., когда южноамериканский астролог Эдвин Хаббл обосновал , что Млечный Путь не единственная галактика. Он открыл, что существует огромное количество других звездных систем, разбитых необъятными пустыми местами. Чтоб подтвердить это, Хаббл был должен найти расстояние от Земли до других галактик. Но галактики находятся так далековато, что, в отличие от ближайших звезд, вправду смотрятся недвижными. Не имея способности использовать параллакс для измерения расстояний до галактик, Хаббл обязан был применить косвенные способы оценки расстояний. Тривиальной мерой расстояния до звезды является ее яркость. Но видимая яркость зависит не только лишь от расстояния до звезды, но также и от светимости звезды — количества испускаемого ею света. Мерклая, но близкая к нам звезда превзойдет самое колоритное светило из отдаленной галактики. Потому, чтоб использовать видимую яркость в качестве меры расстояния, мы должны знать светимость звезды.
Светимость ближайших звезд можно высчитать по их видимой яркости, так как благодаря параллаксу мы знаем расстояние до их. Хаббл увидел, что близкие звезды можно систематизировать по нраву испускаемого ими света. Звезды 1-го класса всегда имеют схожую светимость. Дальше он представил, что если мы найдем звезды этих классов в дальной галактике, то им можно приписать ту же светимость, какую имеют подобные звезды вблизи от нас. Располагая таковой информацией, нетрудно вычислить расстояние до галактики. Если вычисления, проделанные для огромного количества звезд в одной и той же галактике, дают одно и то же расстояние, то можно быть уверенным в корректности нашей оценки. Таким методом Эдвин Хаббл вычислил расстояния до 9 разных галактик .
Сейчас мы знаем, что звезды, видимые невооруженным глазом, составляют жалкую долю всех звезд. Мы лицезреем на небе приблизительно 5000 звезд — всего только около 0,0001% от числа всех звезд нашей Галактики, Млечного Пути. А Млечный Путь — только одна из более чем сотки млрд галактик, которые можно следить в современные телескопы. И любая галактика содержит порядка сотки млрд звезд. Если б звезда была крупинкой соли, все звезды, видимые невооруженным глазом, уместились бы в чайной ложке, но звезды всей Вселенной составили бы шар поперечником более 13-ти км.
Звезды так далеки от нас, что кажутся светящимися точками. Мы не можем различить их размер либо форму. Но, как увидел Хаббл, есть много разных типов звезд, и мы можем различать их по цвету испускаемого ими излучения . Ньютон нашел, что, если солнечный свет пропустить через трехгранную стеклянную призму, он разложится на составляющие цвета, подобно радуге (рис. 15). Относительная интенсивность разных цветов в излучении, испускаемом некоторым источником света, именуется его диапазоном. Фокусируя телескоп на отдельной звезде либо галактике, можно изучить диапазон испускаемого ими света.
Рис. 15. Звездный диапазон.
Анализируя диапазон излучения звезды, можно найти как ее температуру, так и состав атмосферы.
В числе остального излучение тела позволяет судить о его температуре. В 1860 г. германский физик Густав Кирхгоф установил, что хоть какое вещественное тело, к примеру звезда, будучи нагретым, испускает свет либо другое излучение, подобно тому как сияют раскаленные угли. Свечение нагретых тел обосновано термическим движением атомов снутри их. Это именуется излучением темного тела (невзирая на то что сами нагретые тела не являются темными). Диапазон чернотельного излучения тяжело с чем нибудь спутать: он имеет соответствующий вид, который меняется с температурой тела (рис. 16). Потому излучение нагретого тела подобно свидетельствам указателя температуры. Наблюдаемый нами диапазон излучения разных звезд всегда похож на излучение темного тела, это собственного рода уведомление о температуре звезды.
Рис. 16. Диапазон излучения темного тела.
Все тела — а не только лишь звезды — испускают излучение вследствие термического движения составляющих их микроскопичных частиц. Рассредотачивание излучения по частоте охарактеризовывает температуру тела.
Если пристально изучить звездный свет, он скажет нам еще более инфы. Мы найдем отсутствие неких строго определенных цветов, при этом у различных звезд они будут различными. И так как мы знаем, что каждый хим элемент поглощает соответствующий для него набор цветов, то, сравнивая эти цвета с теми, что отсутствуют в диапазоне звезды, мы сможем точно найти, какие элементы находятся в ее атмосфере.
В 1920 е гг., когда астрологи начали учить диапазоны звезд в других галактиках, было найдено нечто очень увлекательное: это оказались те же самые соответствующие наборы отсутствующих цветов, что и у звезд в нашей своей галактике, но они все были сдвинуты к красноватому концу диапазона, при этом в схожей пропорции. Физикам смещение цвета либо частоты понятно как эффект Доплера.
Мы все знакомы с тем, как это явление повлияет на звук. Прислушайтесь к звуку проезжающего мимо вас автомобиля. Когда он приближается, звук его мотора либо гудка кажется выше, а когда машина уже проехала мимо и стала удаляться, звук снижается. Полицейский автомобиль, едущий к нам со скоростью 100 км в час, развивает приблизительно десятую долю скорости звука. Звук его сирены представляет собой волну, чередование гребней и впадин. Напомним, что расстояние меж наиблежайшими гребнями (либо впадинами) именуется длиной волны. Чем меньше длина волны, тем большее число колебаний добивается нашего уха каждую секунду и тем выше тон, либо частота, звука.
Эффект Доплера вызван тем, что приближающийся автомобиль, испуская каждый последующий гребень звуковой волны, будет находиться все поближе к нам, и в итоге расстояния меж гребнями окажутся меньше, чем если б машина стояла на месте. Это значит, что длины приходящих к нам волн становятся меньше, а их частота — выше (рис. 17). И напротив, если автомобиль удаляется, длина улавливаемых нами волн становится больше, а их частота — ниже. И чем резвее перемещается автомобиль, тем посильнее проявляется эффект Доплера, что позволяет использовать его для измерения скорости.
Рис. 17. Эффект Доплера.
Когда источник, испускающий волны, движется по направлению к наблюдающему, длина волн миниатюризируется. При удалении источника она, напротив, возрастает. Это и именуют эффектом Доплера.
Свет и радиоволны ведут себя схожим же образом. Милиция употребляет эффект Доплера для определения скорости автомобилей методом измерения длины волны отраженного от их радиосигнала. Свет представляет собой колебания, либо волны, электрического поля. Как мы отмечали в гл. 5, длина волны видимого света очень мала — от сорока до восьмидесяти миллионных толикой метра.
Человечий глаз принимает световые волны разной длины как разные цвета, при этом самую большую длину имеют волны, надлежащие красноватому концу диапазона, а меньшую — относящиеся к голубому концу. Сейчас представьте для себя источник света, находящийся на неизменном расстоянии от нас, к примеру звезду, испускающую световые волны определенной длины. Длина регистрируемых волн будет таковой же, как у испускаемых. Но представим сейчас, что источник света начал отдаляться от нас. Как и в случае со звуком, это приведет к повышению длины волны света, а означает, диапазон сместится в сторону красноватого конца.
Доказав существование других галактик, Хаббл в следующие годы занимался определением расстояний до их и наблюдением их спектров. В то время многие подразумевали, что галактики движутся хаотично, и ждали, что число спектров, смещенных в голубую сторону, будет приблизительно таким же, как число смещенных в красноватую. Потому полной неожиданностью стало открытие того, что диапазоны большинства галактик показывают красноватое смещение — практически все звездные системы удаляются от нас! Еще больше необычным оказался факт, обнаруженный Хабблом и обнародованный в 1929 г.: величина красноватого смещения галактик не случайна, а прямо пропорциональна их удаленности от нас. Другими словами, чем далее от нас галактика, тем резвее она удаляется! Отсюда вытекало, что Вселенная не может быть статичной, постоянной в размерах, как числилось ранее. В реальности она расширяется: расстояние меж галактиками повсевременно вырастает.
Понимание того, что Вселенная расширяется, произвело реальную революцию в разумах, одну из величайших в двадцатом столетии. Когда оглядываешься вспять, может показаться необычным, что никто не додумался ранее ранее. Ньютон и другие величавые разумы должны были осознать, что статическая Вселенная была бы нестабильна. Даже если в некий момент она оказалась бы недвижной, обоюдное притяжение звезд и галактик стремительно привело бы к ее сжатию. Даже если б Вселенная относительно медлительно расширялась, гравитация в конечном счете положила бы конец ее расширению и вызвала бы сжатие. Но, если скорость расширения Вселенной больше некой критичной отметки, гравитация никогда не сумеет его приостановить и Вселенная продолжит расширяться вечно.
Тут просматривается отдаленное сходство с ракетой, поднимающейся с поверхности Земли. При относительно низкой скорости тяготение в конце концов приостановит ракету и она начнет падать на Землю. С другой стороны, если скорость ракеты выше критичной (больше 11,2 километра за секунду), тяготение не может удержать ее и она навечно покидает Землю.
Исходя из теории тяготения Ньютона такое поведение Вселенной могло быть предсказано в хоть какой момент в девятнадцатом либо восемнадцатом веке и даже в конце семнадцатого столетия. Но вера в статическую Вселенную была настолько сильна, что заблуждение сохраняло власть над разумами до начала двадцатого столетия. Даже Эйнштейн был так уверен в статичности Вселенной, что в 1915 г. занес специальную поправку в общую теорию относительности, искусственно добавив в уравнения особенный член, получивший заглавие космологической неизменной, который обеспечивал статичность Вселенной.
Космологическая неизменная проявлялась как действие некоторой новейшей силы — «антигравитации», которая, в отличие от других сил, не имела никакого определенного источника, а просто была неотъемлемым свойством, присущим самой ткани места времени. Под воздействием этой силы место время обнаруживало прирожденную тенденцию к расширению. Подбирая величину космологической неизменной, Эйнштейн мог разнообразить силу данной тенденции. С ее помощью он смог в точности уравновесить обоюдное притяжение всей имеющейся материи и получить в итоге статическую Вселенную.
Позднее Эйнштейн отторг идею космологической неизменной, признав ее собственной «самой большой ошибкой». Как мы скоро убедимся, сейчас есть предпосылки считать, что в конце концов Эйнштейн мог все таки быть прав, вводя космологическую постоянную. Но Эйнштейна, должно быть, более всего удручало то, что он позволил собственной вере в недвижную Вселенную перечеркнуть вывод о том, что Вселенная должна расширяться, предсказанный его же своей теорией. Кажется, только один человек рассмотрел это следствие общей теории относительности и принял его серьезно. Пока Эйнштейн и другие физики находили, как избежать нестатичности Вселенной, русский физик и математик Александр Фридман, напротив, настаивал на том, что она расширяется.
Фридман сделал относительно Вселенной два очень обычных догадки: что она идиентично смотрится, в каком бы направлении мы ни смотрели, и что данное положение правильно, независимо от того, из какой точки Вселенной мы смотрим. Делая упор на эти две идеи и решив уравнения общей теории относительности, он обосновал, что Вселенная не может быть статической. Таким макаром, в 1922 г., за пару лет до открытия Эдвина Хаббла, Фридман в точности предсказал расширение Вселенной!
Предположение, что Вселенная смотрится идиентично в любом направлении, не совершенно соответствует реальности. К примеру, как мы уже знаем, звезды нашей Галактики сформировывают на ночном небе ясную светлую полосу — Млечный Путь. Но если мы поглядим на отдаленные галактики, похоже, их число будет более либо наименее равным во всех частях неба. Так что Вселенная смотрится приблизительно идиентично в любом направлении, если следить ее в большом масштабе по сопоставлению с расстояниями меж галактиками и игнорировать различия в малых масштабах.
Представьте для себя, что вы в лесу, где деревья вырастают хаотично. Посмотрев в одном направлении, вы увидите наиблежайшее дерево в метре от себя. В другом направлении самое близкое дерево обнаружится на расстоянии 3-х метров. В 3-ем вы увидите сходу несколько деревьев в одном, 2-ух и 3-х метрах от себя. Непохоже, как будто лес смотрится идиентично в любом направлении. Но если принять во внимание все деревья в радиусе километра, такового рода различия усреднятся и вы увидите, что лес схож по всем фронтам (рис. 18).
Рис. 18. Изотропный лес.
Даже если рассредотачивание деревьев в лесу в целом умеренно, при ближнем рассмотрении возможно окажется, что они местами вырастают гуще. Так же и Вселенная не смотрится схожей в ближнем к нам галлактическом пространстве, тогда как при увеличении масштаба мы смотрим схожую картину, в каком бы направлении ни вели наблюдение.
Длительное время однородное рассредотачивание звезд служило достаточным основанием для принятия фридмановской модели в качестве первого приближения к реальной картине Вселенной. Но позже счастливый случай нашел очередное доказательство того, что предположение Фридмана умопомрачительно точно обрисовывает Вселенную. В 1965 г . два американских физика, Арно Пензиас и Роберт Вильсон из «Белл телефон лабораторис» в Нью Джерси, отлаживали очень чувствительный микроволновый приемник. (Микроволнами именуют излучение с длиной волны около сантиметра.) Пензиаса и Вильсона волновало, что приемник регистрировал больший уровень шума, чем ожидалось. Они нашли на антенне птичий помет и убрали другие потенциальные предпосылки сбоев, но скоро исчерпали все вероятные источники помех. Шум отличался тем, что регился круглые день в течение всего года независимо от вращения Земли вокруг собственной оси и ее воззвания вокруг Солнца. Потому что движение Земли направляло приемник в разные сектора космоса, Пензиас и Вильсон заключили, что шум приходит из за пределов Галлактики и даже из за пределов Галактики. Казалось, он шел в равной мере со всех боков космоса. Сейчас мы знаем, что, куда бы ни был ориентирован приемник, этот шум остается неизменным, не считая ничтожно малых вариантов. Так Пензиас и Вильсон случаем натолкнулись на поразительный пример, подкрепляющий первую догадку Фридмана о том, что Вселенная схожа во всех направлениях.
Каково происхождение этого галлактического фонового шума? Приблизительно в то же время, когда Пензиас и Вильсон изучили таинственный шум в приемнике, два американских физика из Принстонского института, Боб Дик и Джим Пиблс, тоже заинтересовались микроволнами. Они изучали предположение Жору (Джорджа) Гамова (в прошедшем студента Александра Фридмана) о том, что на ранешних стадиях развития Вселенная была очень плотной и добела раскаленной. Дик и Пиблс считали, что если это правда, то мы обязаны иметь возможность следить свечение ранешней Вселенной, так как свет от очень дальних областей нашего мира приходит к нам только на данный момент. Но вследствие расширения Вселенной этот свет должен быть настолько очень сдвинут в красноватый конец диапазона, что перевоплотится из видимого излучения в микроволновое. Дик и Пиблс как раз готовились к поискам этого излучения, когда Пензиас и Вильсон, услышав об их работе, сообразили, что уже отыскали его. За эту находку Пензиас и Вильсон были в 1978 г. удостоены Нобелевской премии (что кажется несколько несправедливым в отношении Дика и Пиблса, не говоря уже о Гамове).
На 1-ый взор тот факт, что Вселенная смотрится идиентично в любом направлении, свидетельствует о том, что мы занимаем в ней какое то особое место. А именно, может показаться, что раз все галактики удаляются от нас, то мы должны находиться в центре Вселенной. Есть, но, другое разъяснение этого парадокса: Вселенная может смотреться идиентично во всех направлениях также и при взоре из хоть какой другой галактики. Если помните, конкретно в этом и состояло 2-ое предположение Фридмана.
Мы не располагаем никакими научными аргументами за либо против 2-ой догадки Фридмана. Столетия вспять христианская церковь признала бы его еретическим, потому что церковная доктрина постулировала, что мы занимаем особенное место в центре мироздания. Но сейчас мы принимаем это предположение Фридмана по чуть ли не обратной причине, из собственного рода скромности: нам показалось бы совсем необычным, если б Вселенная смотрелась идиентично во всех направлениях только для нас, но не для других наблюдателей во Вселенной!
Во фридмановской модели Вселенной все галактики удаляются друг от друга. Это припоминает расползание цветных пятен на поверхности надуваемого воздушного шара. С ростом размеров шара растут и расстояния меж хоть какими 2-мя пятнами, но при всем этом ни одно из пятен нельзя считать центром расширения. Более того, если радиус воздушного шара повсевременно вырастает, то чем далее друг от друга находятся пятна на его поверхности, тем резвее они будут удаляться при расширении. Допустим, что радиус воздушного шара умножается каждую секунду. Тогда два пятна, разбитые сначало расстоянием в один сантиметр, через секунду окажутся уже на расстоянии 2-ух см друг от друга (если определять повдоль поверхности воздушного шара), так что их относительная скорость составит один сантиметр за секунду. С другой стороны, пара пятен, которые были разделены 10 сантиметрами, через секунду после начала расширения разойдутся на 20 см, так что их относительная скорость будет 10 см за секунду (рис. 19). Точно так же в модели Фридмана скорость, с которой любые две галактики удаляются друг от друга, пропорциональна расстоянию меж ними. Тем модель предвещает, что красноватое смещение галактики должно быть прямо пропорционально ее удаленности от нас — это та зависимость, которую позже нашел Хаббл. Хотя Фридману удалось предложить удачную модель и предвосхитить результаты наблюдений Хаббла, его работа оставалась практически неведомой на Западе, пока в 1935 г . подобная модель не была предложена южноамериканским физиком Говардом Робертсоном и английским математиком Артуром Уокером уже по следам открытого Хабблом расширения Вселенной.
Рис. 19. Расширяющаяся Вселенная воздушного шара.
Вследствие расширения Вселенной галактики удаляются друг от друга. Со временем расстояние меж дальними звездными островами возрастает посильнее, чем меж близкими галактиками, подобно тому как это происходит с пятнами на раздувающемся воздушном шаре. Потому наблюдающему из хоть какой галактики скорость удаления другой галактики кажется тем больше, чем далее она размещена.
Фридман предложил только одну модель Вселенной. Но при изготовленных им догадках уравнения Эйнштейна допускают три класса решений, другими словами существует три различных типа фридмановских моделей и три разных сценария развития Вселенной.
1-ый класс решений (тот, который отыскал Фридман) подразумевает, что расширение Вселенной происходит довольно медлительно, так что притяжение меж галактиками равномерно замедляет и в конечном счете останавливает его. После чего галактики начинают сближаться, а Вселенная — сжиматься. В согласовании со вторым классом решений Вселенная расширяется так стремительно, что гравитация только малость замедлит разбегание галактик, но никогда не сумеет приостановить его. В конце концов, есть третье решение, согласно которому Вселенная расширяется как раз с таковой скоростью, чтоб только избежать схлопывания. С течением времени скорость разлета галактик становится меньше и меньше, но никогда не добивается нуля.
Умопомрачительная особенность первой модели Фридмана — то, что в ней Вселенная не нескончаема в пространстве, но при всем этом нигде в пространстве нет никаких границ. Гравитация так сильна, что место свернуто и замыкается на себя. Это до некой степени схоже с поверхностью Земли, которая тоже конечна, но не имеет границ. Если двигаться по поверхности Земли в определенном направлении, то никогда не натолкнешься на неодолимый барьер либо край света, но в конце концов вернешься туда, откуда начал путь. В первой модели Фридмана место устроено точно так же, но в 3-х измерениях, а не в 2-ух, как в случае поверхности Земли. Мысль о том, что можно обогнуть Вселенную и возвратиться к начальной точке, хороша для научной фантастики, но не имеет практического значения, так как, как можно обосновать, Вселенная сожмется в точку до этого, чем путник возвратится в к началу собственного пути. Вселенная так велика, что необходимо двигаться резвее света, чтоб успеть окончить странствие там, где вы его начали, а такие скорости запрещены (теорией относительности. — Перев.). Во 2-ой модели Фридмана место также искривлено, но другим образом. И исключительно в третьей модели крупномасштабная геометрия Вселенной плоская (хотя место искривляется в округи мощных тел).
Какая из моделей Фридмана обрисовывает нашу Вселенную? Остановится ли когда нибудь расширение Вселенной, и сменится ли оно сжатием, либо Вселенная будет расширяться вечно?
Оказалось, что ответить на этот вопрос сложнее, чем сначала представлялось ученым. Его решение зависит приемущественно от 2-ух вещей — наблюдаемой сейчас скорости расширения Вселенной и ее нынешней средней плотности (количества материи, приходящегося на единицу объема места). Чем выше текущая скорость расширения, тем б о льшая гравитация, а означает, и плотность вещества, требуется, чтоб приостановить расширение. Если средняя плотность выше некого критичного значения (определяемого скоростью расширения), то гравитационное притяжение материи сумеет приостановить расширение Вселенной и вынудить ее сжиматься. Такое поведение Вселенной отвечает первой модели Фридмана. Если средняя плотность меньше критичного значения, тогда гравитационное притяжение не приостановит расширения и Вселенная будет расширяться вечно — как во 2-ой фридмановской модели. В конце концов, если средняя плотность Вселенной в точности равна критичному значению, расширение Вселенной будет вечно замедляться, все поближе подходя к статическому состоянию, но никогда не достигая его. Этот сценарий соответствует третьей модели Фридмана.
Так какая же модель верна? Мы можем найти сегодняшние темпы расширения Вселенной, если измерим скорость удаления от нас других галактик, используя эффект Доплера. Это можно сделать с ювелирной точностью. Но расстояния до галактик известны не прекрасно, так как мы можем определять их только косвенно. Потому нам понятно только то, что скорость расширения Вселенной составляет от 5 до 10% за млрд лет. Еще больше расплывчаты наши познания о сегодняшней средней плотности Вселенной. Так, если мы сложим массы всех видимых звезд в нашей и других галактиках, сумма будет меньше сотой толики того, что требуется для остановки расширения Вселенной, даже при самой низкой оценке скорости расширения.
Но это далековато не все. Наша и другие галактики должны содержать огромное количество некоторой «темной материи», которую мы не можем следить конкретно, но о существовании которой мы знаем благодаря ее гравитационному воздействию на орбиты звезд в галактиках. Может быть, наилучшим свидетельством существования черной материи являются орбиты звезд на периферии спиральных галактик, схожих Млечному Пути. Эти звезды обращаются вокруг собственных галактик очень стремительно, чтоб их могло задерживать на орбите притяжение одних только видимых звезд галактики. Не считая того, большая часть галактик входят в состав скоплений, и мы можем аналогичным образом прийти к выводу о присутствии черной материи меж галактиками в этих скоплениях по ее воздействию на движение галактик. Практически количество черной материи во Вселенной существенно превосходит количество обыденного вещества. Если учитывать всю черную материю, мы получим примерно десятую часть от той массы, которая нужна для остановки расширения.
Нельзя, но, исключать существования других, еще не узнаваемых нам форм материи, распределенных практически умеренно всюду во Вселенной, что могло бы повысить ее среднюю плотность. К примеру, есть простые частички, именуемые нейтрино, которые очень слабо ведут взаимодействие с веществом и которые очень тяжело найти.
(В одном из новых нейтринных тестов употребляется подземный резервуар, заполненный 50 тыщами тонн воды.) Считается, что нейтрино невесомы и потому не вызывают гравитационного притяжения .
Но исследования нескольких последних лет свидетельствуют, что нейтрино все таки обладает ничтожно малой массой, которую ранее не удавалось зафиксировать. Если нейтрино имеют массу, они могли бы быть одной из форм черной материи. Все же, даже с учетом таковой черной материи, во Вселенной, похоже, еще меньше вещества, чем нужно для остановки ее расширения. До недавнешнего времени большая часть физиков сходилось на том, что поближе всего к действительности 2-ая модель Фридмана.
Но потом появились новые наблюдения. За последние пару лет различные группы исследователей изучали мельчайшую рябь того микроволнового фона, который нашли Пензиас и Вильсон. Размер этой ряби может служить индикатором крупномасштабной структуры Вселенной. Ее нрав, похоже, показывает, что Вселенная все же плоская (как в третьей модели Фридмана)! Но так как суммарного количества обыкновенной и черной материи для этого недостаточно, физики постулировали существование другой, пока не обнаруженной, субстанции — черной энергии.
И как будто для того, чтоб еще более усложнить делему, недавнешние наблюдения проявили, что расширение Вселенной не замедляется, аускоряется. Вопреки всем моделям Фридмана! Это очень удивительно, так как присутствие в пространстве вещества — высочайшей либо низкой плотности — может только замедлять расширение. Ведь гравитация всегда действует как сила притяжения. Ускорение космологического расширения — это все равно что бомба, которая собирает, а не рассеивает энергию после взрыва. Какая сила несет ответственность за ускоряющееся расширение космоса? Ни у кого нет надежного ответа на этот вопрос. Но, может быть, Эйнштейн все же был прав, когда ввел в свои уравнения космологическую постоянную (и соответственный ей эффект антигравитации).
С развитием новых технологий и возникновением потрясающих галлактических телескопов мы стали то и дело узнавать о Вселенной изумительные вещи. И вот отменная новость: сейчас нам понятно, что Вселенная продолжит в последнее время расширяться с повсевременно растущей скоростью, а время обещает продолжаться вечно, по последней мере для тех, кому хватит благоразумия не угодить в черную дыру. Но что все-таки было в самые 1-ые мгновения? Как начиналась Вселенная, и что принудило ее расширяться?