Знание-сила, 2003 №10 (916)

Это позволяет геям иметь своих генетических детей. То-то еще будет!

В фокусе открытия

Так выглядит парта Уилкинсона

Начало нового тысячелетия ознаменовалось двумя эпохальными научными свершениями — в этот ряд поставлены расшифровка генома человека и построение космологической карты Уилкинсона. Они словно обозначили два полюса познания, на одном из которых — тайна зарождения живого и передача наследственной информации и на другом — загадка появления Вселенной и ее эволюции.

Но если мало кто ставит под сомнение после сделанного открытия дальнейший прогресс биологии; то получение детального портрета юной Вселенной, казалось бы, ставит под вопрос перспективы космологии. Действительно, поражающие своей четкостью и подробностями новые данные, проливающие свет на множество мучивших ученых проблем, сродни нанесению последних мазков на географическую карту земного шара. Нет больше недоступных мест и неизвестных необитаемых островов! Неужели и во Вселенной не осталось работы первооткрывателям ?

Однако не успела просохнуть краска на изображениях теперь уже знаменитой карты Уилкинсона, как выяснилось, что ставить точку в многолетних спорах рано. Наверное, наш огромный мир не менее неисчерпаем, чем геном, чем электрон, чем атом...

СУДЬБА ГИПОТЕЗ

Рафаил Нудельман

Космология: конец или продолжение

Карта Уилкинсона

После полуторагодичных наблюдений и анализа полученных данных авторы проекта МАП (микроволновый анизотропный прощупыватель — так можно перевести с английского название космического зонда Microwave Anisotropy Probe) опубликовали в середине февраля свои результаты, сведенные в новую карту (английское «тар») Вселенной. К этой карте прибавлена буква W в честь астрофизика Уилкинсона, который был одним из инициаторов проекта, но, к сожалению, умер, не дождавшись его результатов.

Карта Уилкинсона — выдающееся достижении космологии. Она ответила на ряд до сих пор спорных вопросов, жизненно важных для понимания истории и структуры видимой части Вселенной. Даже краткое перечисление этих результатов позволяет понять, какой огромный шаг сделала теперь наука о космосе.

Окончательно выяснено, что возраст Вселенной 13,7 миллиарда лет (вокруг этого вопроса в течение многих десятилетий ломались многие копья). Эта цифра помогает точно определить и одну из важнейших космических констант, так называемую постоянную Хаббла, которая показывает скорость расширения нашей Вселенной (а заодно позволяет определять расстояния в ней), — она составляет 71 километр в секунду на каждый мегапарсек расстояния (парсек — это 3,26 световых лет). Иными словами, границы участка диаметром в один мегапарсек каждую секунду расширяются на 71 километр.

Окончательно установлено также, что пространство Вселенной геометрически плоское (будь оно искривленным как целое, оно бы действовало наподобие гигантской линзы, увеличивая или уменьшая видимые размеры различных участков Вселенной). Доказано также, что масса Вселенной состоит на 4 процента из массы обычного вещества (атомов, собранных в звезды или облака межзвездного вещества), на 27 процентов — из так называемого темного вещества, природа которого до сих неизвестна (ясно лишь, что это необычное вещество, так как оно не способно излучать свет) и на остальные 70 процентов — из так называемой темной энергии тоже неизвестной природы; это энергия какого-то загадочного поля, из-за «распирающего» действия которого Вселенная расширяется не равномерно или замедленно, а ускоренно.

Наконец, доказано, что Вселенная родилась в результате Биг Бэнга (Большого Взрыва), за которым почти немедленно последовал период чудовищно быстрого расширения (инфляции), в результате которого она в основном и достигла нынешних офомных размеров, а спустя примерно 200 миллионов лет после окончания инфляции во Вселенной появился первый свет то ли от гигантских звезд, толи от черных дыр.

Трудно переоценить эти результаты. Они ставят всю космологию на надежный эмпирический фундамент, позволяя ей отныне не барахтаться в тине нескончаемых споров противоречивых теорий (был Биг Бэнг или нет, была инфляция или не было, плоско или искривлено наше пространство, существует «темное вещество» или это результат неприменимости ньютоновых законов к галактикам, как утверждал, например, израильский ученый Мильфом, когда возникли первые звезды, и так далее). Отныне карта Уилкинсона станет пробным оселком любых новых теоретических гипотез — тех, что не согласуются с ее выводами, можно будет сразу отбросить.

Около двадцати лет назад с помощью исследовательского спутника КОБЕ была составлена первая пространственная карта Вселенной. Данные КОБЕ были огромным шагом вперед в изучении процесса рождения Вселенной, но, к сожалению, эта карта не давала возможности изучить тончайшие детали раннего строения Вселенной, потому что приборы этого зонда не обладали достаточной чувствительностью. Поэтому многие вопросы остались спорными, что и позволило ученым выдвигать конкурирующие гипотезы. Чувствительность приборов спутника МАП, оснащенного двумя полутораметровыми телескопами (и наблюдавшего космос в идеальной пустоте на расстоянии полумиллиона километров от Земли), была в 20 раз выше, что и позволило «разглядеть» многие важнейшие особенности пространственного распределения остаточного излучения.

На карте КОБЕ были видны участки, отличающиеся по температуре примерно на 25 миллионных градуса. Карта МАП позволила как бы «приблизиться» к этим участкам (сделать то. что в фотографии называется «зум») и увидеть, что они состоят из еще более мелких участков, температуры которых различаются на 2-2,5 миллионных градуса. По мере такого «приближения» эти вариации то нарастают, то спадают, образуя на диаграмме пики и провалы. Такие пики (их называют «акустическими») рассказывают ученым, что соответствующие комки первичной материи разрастались или «коллапсировали» по- разному, причем характер этих процессов был различен в зависимости от того, состоял данный комок из обычного или «темного» вещества. Так было вычислено содержание этих двух видов вещества в нынешней Вселенной.

Попутно оказалось, что размеры самих неоднородностей примерно одинаковы, а значит, Вселенная не увеличивает одни из них и не уменьшает другие, что должно было быть в «изогнутом», как линза, пространстве, и, следовательно, пространство Вселенной является плоским. Это, в свою очередь, подкрепляет инфляционную гипотезу, поскольку чудовищное раздувание пространства в ходе инфляции должно было «раскатать» его, как хозяйка раскатывает тесто, — в плоский лист. Но окончательный вывод в пользу теории инфляции дали данные о поляризации остаточного излучения.

Электромагнитная волна называется поляризованной, когда стрелка, указывающая направление ее электрического поля, имеет одно определенное направление (или это направление меняется по кругу). Инфляционная теория предсказывает, что степень поляризации должна быть больше в тех участках карты излучения, где вариации меньше, а конкурентные теории предсказывают обратное. Оказалось, что реальное положение дел соответствует предсказаниям теории инфляции. С помощью тех же данных по поляризации остаточного излучения в разных микроучастках карты удалось вычислить и момент появления первых звезд или черных дыр во Вселенной — 200 миллионов лет после ее «рождения». Раньше полагали, что это произошло через 500 миллионов лет после Биг Бэнга.