Космологията е доста млада наука, която се опитва да реконструира историята на нашата Вселена отпреди милиарди години. Поглеждането назад във времето е изключително трудно и добавянето към сложността е, че много от стълбовете, върху които се крепят теориите на космологията, са били замислени едва през последните 20 години. Това не е дало на учените и теоретиците много време за пълно изясняване и разбиране на ситуацията, а космологът Майкъл Търнър казва, че или ще трябва да се открие някаква важна нова физика, или ще намерим фатален недостатък в преобладаващия ни възглед за Вселената.
И така, какво ще е необходимо, за да изтласкаме космологията отвъд ръба, където тя преминава изцяло от теория към наука и ние имаме поне разбиране за космологията? Имах възможността да задам този въпрос на Търнър на конференцията на Националната асоциация на научните писатели миналата седмица. Търнър, който измисли термина „тъмна енергия“, е директор на Института по космологична физика Кавли в Чикагския университет. Ето четирите му най-добри желания за открития в космологията:
Желание № 1: Разберете природата на тъмната материя.
„Мисля, че сме много близо до решаването на този проблем с тъмната материя и мисля, че ще бъде зашеметяващо, когато се разбере, че повечето неща във Вселената са направени от нещо различно от това, което сме ние“, каза Търнър.
Тъмната материя държи Вселената заедно, според космолозите. Но тъй като не излъчва електромагнитно излъчване и не можем да го видим, как да разберем, че е там? „Необходимо е да държим галактиките заедно, необходимо е да държим куповете заедно, толкова е просто“, каза Търнър. 'Няма достатъчно гравитация във всички звезди, събрани заедно, за да задържат куповете заедно.'
Търнър оприличи тъмната материя на дърво на открито, украсено с коледни светлини. Отдалеч всичко, което може да се види, са светлините, но невидимото дърво е това, което държи светлините там, където са, и им придава формата. По-поетично Търнър каза: „Вселената е мрежа от тъмна материя, която е украсена от звезди.
Търнър направи смела прогноза: „2010 г. е десетилетието на тъмната материя – ние ще завършим това нещо.
Тъмната материя в купа куршуми. Иначе невидима за телескопичните изгледи, тъмната материя е картографирана чрез наблюдения на гравитационното лещи на фоновите галактики. Кредит: Рентгенова снимка: NASA/CXC/CfA/ M.Markevitch et al.; Карта на обектива: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/ D.Clowe et al. Оптичен: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.;
Желание № 2. Разберете природата на тъмната енергия.
„Тъмната енергия може да е най-сериозният проблем в космологията днес и аз се скитам от 10 години, казвайки това“, каза Търнър. 'Ако тъмната материя държи Вселената заедно, тъмната енергия контролира нейната съдба.'
Тъмната енергия вероятно съставлява 66% от космоса и съществуването й се теоретизира едва от 1998 г., когато астрономите осъзнават, че противно на преобладаващото схващане, че разширяването на Вселената трябва да се забавя, тя всъщност се движи по-бързо с течение на времето.
Какво е сегашното теоретично разбиране за тъмната енергия? „Нямаме представа“, каза Търнър. „Но нека да изляза тук на крайник с тъмна енергия и да кажа, че може да открием, че това не е вакуумна енергия. Вакуумната енергия е математически еквивалентна на космологичната константа на Айнщайн и се надявам да разберем, че е нещо по-странно от енергията на нищото. Това не решава проблема, но би било подарък за моите по-млади колеги, защото науката е свързана с големи въпроси и те се нуждаят от улики и нещо голямо, в което могат да забият зъбите си.'
Да, тъмната енергия е голям проблем, но за теоретиците това е голяма възможност. Търнър обаче има някои съмнения. „Тъмната енергия е един от големите въпроси, които ще заемат следващото десетилетие и не знам дали ще успеем да го разрешим“, каза той.
Майкъл Търнър на конференцията на Националната асоциация на научните писатели в Йейлския университет през 2010 г. Изображение: Нанси Аткинсън
Желание № 3: Потвърждаване на инфлацията с откриването на поляризация на B-Mode.
Сегашната ни най-добра теория за най-ранните моменти на Вселената се нарича инфлация, при която по време на малка част от секундата след Големия взрив изглежда, че Вселената се е разширила експоненциално. По-специално, високоточните измервания на така наречените B-режими (доказателство за гравитационни вълни) на поляризацията на космическото микровълново фоново лъчение биха били доказателство за гравитационното излъчване, произведено от инфлацията, и те също така ще покажат дали енергийната скала на инфлацията, прогнозирана от най-простите модели, е вярна.
'Това е димящият пистолет за инфлацията.' каза Търнър. „Това обяснява откъде идва цялата структура – че квантово-механичните флуктуации в субатомния мащаб са били взривени от това огромно разширение. Това е невероятна идея и в едно уравнение бихме могли да разберем точно кога е възникнала инфлацията. Ще забележите, че във всичките ни приказки за инфлацията никой никога не ви казва кога се е случила, защото ние не знаем. Но тези B-режими биха ни казали.'
Желание №4. Накарайте мултивселената да си отиде.
Ако е имало инфлация, това означава, че има много вероятно и множество Вселени.
Търнър нарече концепцията за мултивселената 800-фунтовата горила в стаята.
„Дилемата е, че имаме доказателства, че инфлацията се е случила и уравненията на инфлацията казват, че ако се е случило веднъж, се е случило два пъти и е нещо като мишката и бисквитката – ако се е случило два пъти, може да се случи безкраен брой пъти', каза той.
Мултивселената предполага, че множество вселени или паралелни вселени включват всичко, което е, а не само нашата една „локална“ вселена. „Ако има структура на мултивселената и ако съчетаете това с теорията на струните, в крайна сметка ще получите картина на Вселена, където може да има различни местни закони на физиката и различните подвселени може да са невероятно различни една от друга – разлики в пространство и време, някои нямат стабилни частици, много нямат живот и т.н. Това е невероятно смела идея и може би дори е най-важната идея след Коперник.”
Но, попита Търнър, как го тествате? „И ако не можете да го тествате, следователно не можете да го наречете наука“, каза той. „Така че аз го наричам главоболие на мултивселената – имате тази невероятно важна идея, но наука ли е?“
И така, с какво се получаваш? Слон, заяви Търнър, както в историята на слепци, описващи слон.
„Това е мястото, където сме в космологията“, каза той. „Ние сме слепите космолози, които усещат Вселената и всяка част от данни описва нещо. Все още има големи въпроси, на които трябва да се отговори и това, което правим в космологията, се опитва да обедини всичко това и всъщност можем да го съберем в следващите 10-15 години. Това е абсолютно невероятно; Вселената е много голяма и нашите способности са много примитивни. Но вижте какво направихме досега.”
Слайд от презентацията на Търнър, показваща Вселената като слон. Изображение: Нанси Аткинсън
