Что такое космологический кризис?

Возможно, сегодня мы переживаем уникальные времена, которые впоследствии назовут "космологическом кризисом". Различные методы измерения возраста Вселенной дают разные результаты, и космологи не знают, почему, пишет Альтернативная наука.

Как у астрофизика - и космолога в придачу - у меня есть своя точка зрения на этот счет.

Космический микроволновый фон

Чтобы определить возраст Вселенной, нужно знать историю ее расширения. А чтобы узнать историю расширения, нужно провести математическое моделирование. Математическое моделирование довольно распространено в науке (по сути, это и есть современная наука), а в случае со всей Вселенной математической моделью является общая теория относительности Эйнштейна.

Когда вы применяете общую теорию относительности ко всей Вселенной, вы получаете уравнения Фридмана - набор математических решений, которые связывают содержимое Вселенной в любой момент времени - скажем, относительное количество темной материи, темной энергии, излучения - со скоростью расширения в заранее отведенных временных рамках.

Измерьте материал - получите возраст

Лучший способ измерить количество вещества во Вселенной - это космический микроволновый фон (КMB), свет, оставшийся с тех времен, когда окружающему миру было всего 380 000 лет.

Благодаря таким усилиям, как миссия Европейского космического агентства "Планк", мы располагаем прекрасными картами КMB, и эти карты дают нам чрезвычайно подробное представление о содержимом Вселенной.

Единственное, чего не дают нам карты КMB, - это количество темной энергии. Темная энергия еще не существовала, когда создавался КМВ, поэтому в нашем моделировании нам приходится использовать другие наблюдения и добавлять количество темной энергии вручную. Как только вы это сделаете, вы посредством уравнений Фридмана, а значит и скорость расширения в любой момент времени. Отсюда уже определяется возраст Вселенной.

Сверхновые

Хотя это чрезвычайно надежный способ определения «состава» Вселенной, КMB не обладает мгновенной скоростью; микроволновой фон возник миллиарды лет назад.

Другим способом измерения скорости расширения Вселенной является... ну, измерение скорости расширения Вселенной.

Один из вариантов - это сверхновые типа Ia, при котором одна звезда выбрасывает свою атмосферу на соседний белый карлик. Когда достигается критический порог, белый карлик взрывается, и мы получаем сверхновую.

Поскольку этот сценарий практически одинаков во всей Вселенной, мы можем использовать сверхновые в качестве стандартных свечей. Другими словами, мы играемся с яркостью и связываем ее со временем. Затем используем эту информацию для оценки скорости расширения Вселенной на момент появления сверхновой.

Так, по сути, открыли темную энергию, и с тех пор она является краеугольным камнем космологических измерений. Это удобный метод, поскольку он позволяет нам измерить скорость расширения в близлежащей Вселенной (ее называют постоянной Хаббла, хотя на самом деле она не является постоянной - но это уже другая история).

Однако данный метод довольно ограничен; в нашем распоряжении не так много сверхновых, чтобы заглянуть в более отдаленную Вселенную.

В поисках тьмы

За два десятилетия, прошедшие с тех пор, как астрономы открыли темную энергию (хотя это не так, но это еще одна другая история), мы столкнулись с небольшой заминкой: измерения скорости расширения Вселенной по данным КMB и сверхновых становятся все более точными, но они начинают расходиться. Где-то на 10 или 20 миллионов лет при допущении 13,77-миллиардной истории Вселенной. Но мы работаем на таком уровне точности, что об этом стоит поговорить.

Один из способов решить эту проблему - признать, что наши измерения КМВ несовершенны. Но измерения "Планка" являются одними из самых точных из когда-либо проводившихся в науке, а многочисленные тесты и проверки за годы, прошедшие после публикации первых данных, только укрепили расчеты.

Но поскольку нам приходится вручную добавлять темную энергию, возможно, мы что-то упускаем. Существует предположение, что темная энергия меняется со временем, или связана с темной материей, или что-то еще. Этот вариант, в частности, не дает покоя теоретикам, поскольку они пишут статью за статьей, опираясь на возможность вероятности.

И, наконец, может быть, измерения сверхновых немного ошибочны. Конечно, это более прямой путь к определению современной скорости расширения, но он не является надежным. Взрыв звезд - дело довольно сложное, и если мы не до конца понимаем физику процесса, мы не можем использовать сверхновые в качестве точного космологического показателя.

Достаточно внести небольшую неопределенность в моделирование сверхновых, чтобы весь кризис сошел на нет.

Лично я считаю, что мы не понимаем, что такое сверхновые - и я говорю это не только потому, что был участником миссии "Планк".

Космологический кризис - это хороший повод продолжать писать статьи, потому что темная энергия ставит нас в тупик уже более двух десятилетий, мы много работаем, но мало что понимаем. В каком-то смысле многие космологи хотят, чтобы кризис продолжался, потому что пока он существует, им есть о чем поговорить.

Самый скучный способ разрешения кризиса - признать, что сверхновые не являются мощным датчиком скорости расширения, как нам хотелось бы. Но ничто так не приносит прибыли и славы, как эксплуатация культовой темы. В том числе и количества опубликованных статей. Кризис будет продолжаться, поскольку сверхновые стали частью поп-культуры, лишились научной привлекательности.