16.4. Неприятные подробности

Для начала сравним исходные положения теории с ее следствиями. Здесь мы по-прежнему опираемся на данные из книги [5].

В основании современной космологии лежит Специальная Теория Относительности (СТО) с ее строгими аксиомами, прекрасно подтверждаемыми практикой:
- отсутствие единого времени для всех (у каждого наблюдателя свое время);
- повсеместно действует закон сохранения энергии (это положение не относится к СТО, но зато хорошо обосновано);
- отсутствие выделенной системы отсчета в пространстве;
- скорость движения любых объектов ограничена скоростью света;
- распределение вещества в космологических моделях предполагается строго однородным;

Приложение ОТО с ее геометрической трактовкой гравитации ко всей Вселенной вкупе с наблюдательными данными дает:
- существование единого времени для всех, это время, протекшее от момента первичного Взрыва (а сингулярность в теории неустранима!);
- на основании теорем Нётер закон сохранения энергии неприменим ко Вселенной, так как она существует в неоднородном времени, ибо у нее было начало. А до первичного Взрыва никакого времени и пространства не было. Сохранение энергии вызывает сомнения также и из-за расширения пространства. Например, не ясен вопрос, куда девалась огромная энергия фотонного газа, который теперь остыл до 2.7 градусов, ведь расширяющееся в никуда пространство это совсем не то, что движущийся поршень!
- существует единая система отсчета, реализуемая реликтовым фоном. Скорость Солнца относительно этой абсолютной системы координат измерена и равна 400 км/сек;
- в современных теоретических моделях неустраним такой момент, когда скорость расширения (а значит и скорость разбегания галактик друг от друга) начинает существенно (в несколько раз) превышать скорость света.

Сторонники ОТО оправдывают это тем, что расширяется только пространство, а галактики остаются относительно него неподвижными, то есть, не происходит переноса информации. Но тогда возникает убийственный контрдовод: кванты теплового фона были излучены так далеко от нас, что разница в направлении в 3 градуса указывает на области, которые никогда не были причинно связаны между собой (из-за ограничения скорости света). Тогда почему наблюдается такая сильная изотропия фона, ведь физические процессы в этих областях должны протекать независимо друг от друга, порождая различия в излучении? Так формулируется известный “парадокс изотропии”. Его разгадка заставляет себя ждать.

Так наблюдательные данные вступили в противоречие с самыми фундаментальными предпосылками космологической парадигмы. Перечисленными странностями дело далеко не исчерпывается. Пойдем дальше.

Самый интригующий вопрос для сторонников ОТО это кривизна пространства Вселенной. Ведь в ней содержится огромная масса вещества, оно неминуемо должно искривлять пространство, чтобы возникло адекватное гравитационное поле. Ведь это и была исходная точка для построения космологических моделей.

Задача оказалась трудной. Каких только тестов не изобретали ученые на протяжение нескольких десятилетий! Это и кропотливые подсчеты галактик в разных объемах (результат должен зависеть от знака кривизны пространства). Это и выяснение того, как убывают с расстоянием угловые размеры объектов сходного класса (гигантских эллиптических галатик). Как убывает с расстоянием светимость так называемых “стандартных свечей”, чью роль исполняют вспышки сверхновых звезд.

Но самыми надежными оказались измерения диаметров пространственных флуктуаций температуры фонового излучения в радиодиапазоне. Их тщательно измереный размер оказался равным 1 градусу дуги, что в точности соответствует средней плотности вещества, равной критической, и кривизне пространства, равной 0. Погрешность метода всего 2 процента. Таким образом, наблюдаемое состояние Вселенной соответствует наименее вероятной из всех моделей Фридмана - плоскому эвклидову пространству!

Следующие осложнения относятся к предположению об однородном распределении вещества во Вселенной, казалось бы такому естественному. Оно потерпело полный крах!

Давно было известно, что на малых масштабах, порядка нескольких Мегапарсек (Мпс), в пределах небольших скоплений галактик, вещество действительно распределено неравномерно, клочковато. Но это понятно, ведь там галактик просто мало. Но удивительно то, что наблюдаемый закон Хаббла исправно выполняется уже в ближайших окрестностях этих скоплений. А ведь теории расширяющихся пространств построены для случая однородного распределения. На основании одного этого можно усомниться, имеет ли закон Хаббла вообще хоть какое-то отношение к упомянутым теориям?

Но настоящее изумление вызывают недавно обнаруженные неоднородности в распределении галактик в объеме радиусом 100 Мегаперсек вокруг нас. Известны общие оценки числа галактик во Вселенной. Их примерно100 миллиардов штук. В среднем на 1 квадратный градус небесной сферы приходится 1 миллион галактик. (Таким образом, Луна, имея поперечник полградуса, затмевает собой 200 тысяч галактик за раз!) Такая теснота галактик при их проекции на небесную сферу и вуалировала до сих пор тот факт, что в пространстве-то они распределены крайне неравномерно. Оказалось, что галактики любят сбиваться не просто в скопления, но формируют четкие длинные волокна, потоки, плоские стенки. А между этими образованиями обнаружены огромные пустоты, соизмеримые с размером исследованной области в 100 Мегапарсек. То есть, о равномерности распределения вещества не может идти и речи (см. рисунок 16.1, взятый из книги [5]).

Возникновение пустот представляет особую проблему. Если размер такой дыры близок к 100 Мпс, то галактики, со своими скоростями в 500 км/сек, за время жизни Вселенной пролетают максимум 10 Мпс. Значит, они просто не успевают разбежаться во все стороны, чтобы образовалась пустота. Тогда, по логике теории Большого Взрыва, неоднородности должны были возникнуть еще до всяких галактик. Но тогда должны наблюдаться довольно большие флуктуации реликтового фона. А они в 10 раз меньше, чем нужно. Опять проблема.

А теперь коснемся самого болезненного места - дефицита светящегося вещества во Вселенной. Дело в том, что астрофизике доступны для непосредственного изучения в основном светящиеся объекты, такие как горячий газ, звезды и галактики. Межзвездная пыть и холодный газ проявляют себя посредством поглощения энергии от других источников, то есть, изучаются косвенно. Так вот, оказалось, что всех этих объектов явно недостаточно, чтобы объяснить динамику движения звезд внутри галактик, динамику галактик в их скоплениях, а главное, отчаянную нехватку вещества, чтобы его средняя плотность хотя бы приблизилась к критической. А ведь надежно установленная нулевая кривизна пространства Вселенной требует, в согласии с ОТО, именно этого значения плотности.

Метод выявления дефицита вещества сводится к тому, что сравнивают массу, например, скопления галактик, полученную при анализе их движения, с массой, полученной на основе оценки совокупной светимости их звезд и газа. Обнаружено, что для скоплений галактик их динамическая масса может превышать светящуюся до 500 раз. Поскольку газ в таких скоплениях разогрет до температуры 10 миллионов градусов, то, чтобы удерживать его, тоже нужна достаточная масса. Ее независимая оценка совпала с динамической.

Данные о скоплениях могли бы породить впечатление, что скрытая масса прячется где-то в пространстве между галактиками. В значительной степени это так. Но проблема острого дефицита затрагивает тела и самих галактик. Так, еще в 30-е годы изучение скоростей звезд внутри нашей собственной Галактики показало, что ее масса должна бы составлять 10¹² масс Солнца, а оценочное количество светящихся звезд дает только 10¹⁰ . Дефицит составляет 99 процентов. Скрытая или темная материя проявляет себя в том, что звезды в галактиках обращаются вокруг их центра гораздо быстрее, чем это было бы при учете только светящейся массы.

Выше уже упоминалась очень большая неоднородность в крупномасштабном распределении галактик. При том, что они содержат только 0.004 долю от критической плотности вещества во Вселенной. Чтобы на их фоне мог выполняться такой гладкий закон Хаббла, необходимо было погрузить светящиеся галактики в мощную добавку из однородной темной материи. Но так как закон работает уже в ближайших окресностях нашей Галактики, то вклад темной материи очень велик уже возле нас: ее должно быть в 100 раз больше, чем светящейся материи.

Получается, что любимый нами, и такой красивый космос представляет собой только небольшое световое “загрязнение” на фоне могучей темной материи.

Попытки согласования свойств темной материи с теорией Большого Взрыва и с возникновением галактик привели к заключению, что она не может состоять из уже известных нам частиц. Никаких протонов и нейтронов! А электроны и нейтрино просто не в состоянии обеспечить требуемую массу. При всей своей огромности эта темная материя должна быть еще и прозрачной для излучений.

Но драматизм ситуации этим не исчерпывается. Несколько лет тому назад было установлено, что расширение пространства Вселенной происходит с ускорением. В объяснении этого феномена уже не могла помочь никакая материя, даже самая темная, ведь она все к себе притягивает, а значит замедляет разлет. Чтобы залатать очередную дыру, на кончике пера была рождена “темная энергия”, она же “квинтессенция”, она же “космологический вакуум”.

По мнению теоретиков, эта субстанция обладает отрицательным давлением и антигравитацией, при этом ее положительная энергия должна быть больше, чем у темной материи, чтобы управлять динамикой Вселенной. Точнее, вклад темной энергии в массу Вселенной оценивается в 70 процентов. Она оказывается в нужное время в нужном месте, расталкивает в стороны скопления галактик, чтобы между ними могли народиться огромные объемы нового пространства, сразу экипированного физическим вакуумом и всеми частицами. В целях поддержания стабильности “космологический вакуум” ювелирно отмеряет ровно столько массы, чтобы не нарушить критического значения плотности в 10^-29 г/см³, при том, что плотность физического вакуума равна 10⁹⁴ г/см³.

Итак, сторонники космологической парадигмы сами признают, что им не известно, из чего состоит 99 процентов массы Вселенной. Но зато они исповедуют:
- постоянное творение пространства и исчезновение энергии во Вселенной;
- движение тел со сверхсветовыми скоростями;
- наличие странных субстанций, не поддающихся научному анализу, как то: темная материя, состоящая из неизвестных частиц, и “квинтэссенция”, обладающая отрицательным давлением и антигравитацией;

При этом, разработав весь формализм для искривленного пространства, они вынуждены необъяснимым образом пребывать в плоском пространстве-времени.

Мы еще не касались наблюдаемой ассиметрии вещества и антивещества. Дело в том, что согласно теории при рождении частиц из физического вакуума они могут появляться только парами “частица-античастица”. А в наблюдаемой Вселенной антивещества очень-очень мало. Куда оно девалось? Отвечают: аннигилировало при столкновении с веществом. Вопрос: почему же тогда не аннигилировало все вещество в таком однородном и симметричном процессе, как разлет сферического пространства? Ответ: Да как-то так случайно получилось...

Если это научный прогресс, то что же тогда кризис?