В восьмидесятые годы во Вселенной были обнаружены обширные скопления галактик. Они тоже не вписывались в привычную теорию. Так, в 1989 году на небе Северного полушария была открыта так называемая Великая стена-скопление галактик размерами 500 х 200 х 15 миллионов световых лет. Она напоминала полосу пены, взбитую на небосводе, и содержала тысячи галактик. Подобные структуры могли возникнуть вскоре после Большого Взрыва лишь потому, что в космосе гораздо больше материи, чем можем заметить мы. Иначе бы их не было и по сей день!
Было время, когда ученые говорили, что «во Вселенной есть невидимое вещество», «немалая часть Вселенной сложена из неизвестной для нас материи», «большая ее часть», «90 процентов»… И вот – последний вывод: % процентов! Читатель, подобно автору, живущий в стандартной двухкомнатной квартире, легко поймет астрономов, если представит себе, что все в его обители вдруг растворилось в воздухе, и лишь какой-то клочок, к примеру любимый «обломовский» диван, он еще может разглядеть.
Мир распался. Теперь его составляли отдельные «чистые сущности» – стихии, не соединяемые друг с другом.
Современные космологи, подобно античным философам, разделяют мир на несколько разных стихий.
«Мнения его были таковы. Основ существует четыре – огонь, вода, земля, воздух; а также Дружба, которою они соединяются, и Вражла, которою они разъединяются. Вот его слова:
Так видел мироздание греческий философ Эмпедокл (ок. 490 – 430 годов до новой эры). Эти стихии неизменны, не создаваемы и не разрушаемы, писал он в своем трактате «О природе» (цитируется по книге Диогена Лаэртского «О жизни, учениях и изречениях знаменитых философов»). Они не могут превращаться одна в другую, а могут лишь механически смешиваться друг с другом.
Море не превращается в пловцов, черные шары – в белые, и незримое не увидеть воочию; оно воистину недоступно зрению. Его открытие навсегда останется «на кончике пера».
Мир состоит из отдельных стихий. И нет им общей первоосновы! Нам не найти atomos – той неделимой частицы, которая слагает мир зримый и темную материю, поток света и темную энергию. Новая научная картина мира пишется словно по древнему эскизу. В ней, пусть и с поправками, проступают черты, угаданные еще Эмпедоклом. Мир составлен из отдельных стихий, неразрушаемых, но лишь смешиваемых друг с другом.
Немецкие ученые Вольфганг Пристер и Джеймс Овердуин даже соотнесли учение Эмпедокла с выводами современных космологов.
* Земля, «живящая Гера» – это барионная материя (около 4 процентов) в самых разных ее проявлениях: от случайных атомов водорода, снующих в космическом пространстве, до сверхплотных нейтронных звезд.
* Воздух, «Аидоней» – это световое излучение (0,005 процента) и «горячая темная материя» (0,3 процента), состоящая в основном или исключительно из нейтрино.
* Вода, или «текущая в смертных потоках Нестида» – это и есть пресловутая темная материя (около 30 процентов), давно занимающая умы ученых. Теперь ее называют «холодной темной материей». Очевидно, она состоит из не открытых пока элементарных частиц. Им уже подобраны звучные названия: «аксионы», «нейтралино», WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles, «слабо взаимодействующие тяжелые частицы»). «Как океан объемлет шар земной», так видимый мир кругом объят темной материей. Подробнее о ее поисках смотрите статью А. Семенова «Астрофизика элементарных частиц»[ * «Знание – сила», 2001, № 4.].
* Большая же часть космоса «охвачена Огнем». Здесь царит «Зевс лучезарный». Это – мир «темной энергии» (почти 66 процентов), открытой недавно косвенным путем. Общая масса этого вида материи должна быть невероятно велика, но поскольку темная энергия разлита по всему мирозданию, ее плотность, как показывают расчеты, не превышает четырех электронвольт на кубический миллиметр. Для сравнения: масса покоя одного электрона равна 511 тысяч электронвольт.
Еще в 1917 году, описывая Вселенную, Альберт Эйнштейн ввел в формулу «космологическую константу» – своего рода «антигравитацию». Она уравновешивала действие гравитационных сил, но ее существование удалось доказать лишь в 1998 году.
Космологическая константа и получила теперь наименование «темной энергии». Это определение дал ей в 1998 году Майкл Тернер, астрофизик из Чикагского университета. Вселенная в основном наполнена ей. Планеты, звезды, галактики – это редкие корабли и случайные пловцы, затерянные посреди моря «темной энергии». Поправляя Эмпедокла, скажем: в мире царит Зевс сумеречный.
Открыли эту самую великую и неприметную стихию сразу двумя путями: наблюдая за отдаленными вспышками сверхновых звезд и исследуя космическое фоновое излучение.
Светимость сверхновых звезд определенного типа всегда одинакова. Лишь по мере удаления от них видимая яркость их ослабевает. Однако далекие сверхновые звезды светят слабее, чем требует теория. Эти наблюдения позволили сделать вывод, что Вселенная расширяется все быстрее[* «Знание – сила», 2000, № 1, с. 34.], хотя у критиков остались возражения.
Возможно, нас с этими звездами разделяет неизвестный пока вид космической пыли. Или же миллиарды лет назад их светимость была иной, потому что они содержали меньше тяжелых элементов.
Окончательно сомнения развеяло открытие американского астронома Адама Рисса и его коллег из Space Telescope Science Institute.
Исследуя архивные фотоснимки, сделанные Космическим телескопом имени Хаббла, Рисс обнаружил самую отдаленную из известных нам сверхновых звезд: 1997ff. Расстояние до нее – 10 миллиардов световых лет. Ее светимость точь-в-точь такова, как того требует теория «расширяющейся Вселенной», но иная, нежели допускают гипотезы скептиков.
В ту отдаленную эпоху Вселенная расширялась медленнее, чем теперь. Силы гравитации сдерживали бег видимой материи. «Судя по поведению сверхновой 1997ff, наша Вселенная напоминает обычного автомобилиста: она то тормозит, увидев впереди красный свет, то залихватски мчится, заметив зеленый», – поясняет Рисс.
Роль светофора поочередно выполняли гравитация и антигравитация. Около девяти миллиардов лет назад последняя – то бишь темная энергия – победила. С тех пор Вселенная расширяется все быстрее. Впрочем, это исследование не позволило точно определить содержание темной энергии во Вселенной, хотя и стало ясно, что она преобладает над остальными формами материи.
Параллельно этой работе шли исследования фонового космического излучения. Телескопы «Бумеранг» и «Максима», установленные на аэростатах (смотрите статью Р. Нудельмана «Нечаянное открытие века»[* «Знание – сила», 2001, №11, с. 23.]), доказали, что Вселенная имеет плоскую форму. Телескоп DASI («Degree Angular Scale Interferometer»), размещенный в Антарктиде сотрудниками Чикагского университета и Калифорнийского технологического института, не только подтвердил плоскую форму Вселенной, но и позволил в 2001 году оценить содержание в ней темной энергии.
Итак, две трети мироздания состоят сейчас из темной энергии. Вселенная словно охвачена огнем. Он медленно разгорался, но теперь пылает вовсю. В его темном пламени крупицами пепла разлетаются звезды и галактики. Они летят все дальше, все дальше, отодвигая границы космоса. Как описать этот незримый «пожар» на языке физических формул? Ведь они придуманы давно, когда Вселенная представлялась теоретикам иной.