Как появилась Вселенная? Большие и маленькие вопросы о космосе

Чего ещё мы можем ждать от «теории всего»? Вспомним, что в нашем понимании Вселенной ещё зияет несколько лакун – и вот их-то новая теория может заполнить. В частности, в рамках стандартной модели физики частиц, которая очень хорошо объясняет все результаты экспериментов на Большом Адронном Коллайдере, мы сейчас не можем ничего сказать о «тёмной стороне» Вселенной – тёмной энергии и тёмной материи, которые в целом доминируют в космосе.

Как мы уже видели, многие физики предложили свои расширения стандартной модели, но сегодня ни одно из них не предсказывает, какими могут быть частицы тёмной материи. Они не наблюдаются ни в одном эксперименте на ускорителях и никак не проявляются в астрономических наблюдениях.

Ещё большую загадку представляет собой тёмная энергия: казалось бы, Вселенная прекрасно могла бы обойтись без неё. Почему она вообще существует? Сейчас многие полагают, что она имеет какое-то отношение к квантовой природе вакуума, но все теоретические вычисления демонстрируют прискорбную беспомощность попыток как-либо объяснить её природу.

Возможно, выработай мы «теорию всего», все кусочки пазла встали бы на свои места, и мы увидели бы, что тёмная энергия – естественная характеристика нашей Вселенной, играющая свою уникальную роль.

Что ещё мешает нам двигаться вперёд?

Вас, возможно, удивляет, что создать «теорию всего», оказывается, так трудно. Казалось бы, почему нескольким умным физикам не подумать хорошенько и не предложить, наконец, долгожданную теорию, которая охватывала бы действия всех сил, тёмную сторону Вселенной и ещё многое, многое другое?

Дело в том, что наука сейчас стоит перед довольно сложной проблемой. Мы уже отмечали, что современная физика построена на фундаменте общей теории относительности и квантовой механики, и что в своей области каждая из этих дисциплин исключительно успешна. Это значит, что какую бы экспериментальную проверку для них ни придумывали, они проходят её идеально.

В последнее десятилетие «вишенкой на торте» для стандартной модели физики частиц стало открытие на Большом Адронном Коллайдере бозона Хиггса. И каждый раз, когда физики запускают свой ускоритель частиц, результат эксперимента соответствует математическим предсказаниям стандартной модели.

Та же картина вырисовывается для общей теории относительности. Её звёздным часом стало открытие в 2016 году гравитационных волн. Эта еле заметная рябь пространственно-временной ткани Вселенной порождается в ходе некоторых наиболее мощных и высокоэнергетических событий во Вселенной. Но из-за слабости гравитационного взаимодействия эти волны переносят по Вселенной лишь очень малые количества энергии. После занявшей более полувека напряжённой работы – со срывами, случаями ложной регистрации, – лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO наконец зарегистрировала сигнал от слияния двух чёрных дыр в удалённой части Вселенной. За это открытие некоторые из основателей и руководителей LIGO – Райнер Вайсс, Кип Торн и Барри К. Бэриш – были удостоены Нобелевской премии 2017 года по физике.

За последние несколько лет LIGO стала полноценной астрономической обсерваторией, прочёсывающей небо и улавливающей сигналы высокоэнергетических событий во Вселенной. Регистрация таких сигналов сделалась рутинным занятием: люди и ухом не ведут, услышав о новых открытиях в этой области. Когда поступают новые данные, точные характеристики сигнала тщательно анализируют, чтобы проверить, нет ли в них каких-либо отклонений от предсказаний теории Эйнштейна. И каждый раз, несмотря на наличие различных альтернативных возможностей, в пределах инструментальной точности регистрации общая теория относительности неизменно подтверждается.