Маленькая книга о Большом взрыве

Космологическая постоянная, сегодня служащая важнейшим показателем для определения скорости расширения Вселенной, почти не отражена в реликтовом излучении, как оказалось. Хотя в настоящий момент материя (видимая и темная) и преобладает во Вселенной, тем не менее ее энергетическая плотность равна энергетической плотности в ранней Вселенной – это константа. А суммарная плотность энергии вещества и излучения быстро возрастала в прошлом, поэтому всего несколько миллиардов лет назад могла бы превысить энергию, определяемую космологической постоянной. Получается, константа играла незначительную роль при формировании реликтового излучения, которое сформировалось существенно раньше. В любом случае космологи полагают, что оно существует не только благодаря ускорению расширения, но и по другим причинам – их я еще не разбирал.

Одной из таких причин стало прохождение реликтового излучения сквозь гравитационные линзы. Точно так же, как MACHO искажают изображение любого источника света, оказавшегося позади них (этот процесс был описан в главе 7), изображение CMBR на карте «Планка» искажается материей (например, сверхскоплениями), оказавшимися между нами и границами обозримой Вселенной (последние находятся на расстоянии 14 миллиардов световых лет от нас и являются местом, где появилось CMBR). И точно так же, как изображение предмета, на который мы смотрим через увеличительное стекло, зависит от положения стекла между глазом и объектом, степень искажения CMBR зависит от положения линзирующей материи. В условиях расширяющейся Вселенной это явление зависит от всех вышеперечисленных компонентов, включая космологическую постоянную. Для получения правдоподобного спектра реликтового излучения необходимо вводить еще и понятие темной энергии.

Наконец, мы добрались до стандартной космологической модели, также известной как Модель лямбда-CDM или ΛCDM, где Λ – это холодная темная материя. Лучшим образом кривой на графике соответствуют 68,5 % темной энергии, 26,7 % темной материи и 4,8 % обычной материи. Прошу, не ссылайтесь на меня, если решите где-то привести эти цифры!

* * *

При всех своих достоинствах модель ΛCDM оставляет некоторые вопросы открытыми. Казалось бы, имея все необходимые компоненты под рукой, вычислить современную постоянную Хаббла довольно просто. Увы, ее значение, вычисленное на основе акустических колебаний барионов с учетом гравитационных линз, равно 67,4 в стандартных астрономических единицах, а значение, вычисленное на основе данных наблюдений за сверхновыми, – 73,9. Таким образом, возникает расхождение в 10 %[22]. Астрономы ищут постоянную Хаббла с рвением крестоносцев, поэтому можно быть уверенным, что они не успокоятся, пока этот вопрос не будет решен.

Важны ли эти 10 %? в свое время наблюдения за маленькими отклонениями от закона Хаббла привели к открытию расширяющейся Вселенной. Теперь, однако, мы скорее имеем дело с ошибкой, допущенной на одном из этапов исследования. Довольно скоро вычисления позволят сократить расхождение до некой минимальной величины (скажем, 1 %), при достижении которой дальнейшее уточнение значения H уже вряд ли переоткроет нам физику. А пока этот момент не наступил, было бы неплохо понять, чего мы хотим добиться этими вычислениями.

Еще важнее, что до сих пор мы говорили лишь о формировании структуры, но не о том, с чего оно началось. И этому есть оправдание. По мере того как Вселенная развивается, формируя галактики и звезды, в игру вступают другие, отличные от гравитации, силы, в результате чего физика становится все сложнее. На заметку: после возникновения CMBR Вселенная на несколько миллионов лет погрузилась в своего рода «темные века». Самые первые галактики начали появляться в конце этого периода, а объединяться в скопления еще спустя сотни миллионов лет. Что касается сверхскоплений, они продолжают формироваться и сегодня.

Все эти структуры могли успеть сформироваться в течение времени существования Вселенной, учитывая, что наблюдаемый нами размер божественных отпечатков пальцев в процессе формирования реликтового излучения равен примерно одному к ста тысячам.

К тому же спектр отпечатков Бога имеет одну любопытную особенность – физики называют ее масштабной инвариантностью. Грубо говоря, это означает, что законы физики сохраняют свой вид при любых расстояниях и промежутках времени. Рассматривая лист папоротника через камеру с зумом, мы видим, что он остается таким же и при приближении. Раньше на упаковках масла Land O’Lakes можно было увидеть изображение коренной американки: она держала в руках точно такую же упаковку с маслом, на которой вы видели ту же американку с той же упаковкой, и т. д. Если интенсивность звука в октаве в орга́нном спектре не меняется, мы можем сказать, что она инвариантна относительно масштаба. Называйте его спектром Land O’Lakes, если хотите[23].