Майкл Брукс - Тринадцать вещей, в которых нет ни малейшего смысла

Первые ценные интерпретации данных о ярчайшей сверхновой представила в июне 1996 года группа сотрудников Национальной лаборатории имени Эрнеста Лоуренса при Калифорнийском университете в Беркли (или, как нередко сокращают специалисты, Лоуренс-Беркли). Об этом было объявлено на космологической конференции по случаю 250-летия Принстонского университета, приемной альма-матер Эйнштейна. Весьма удачный, как выяснилось, повод воскресить космологическую константу.

Когда астрономы приступили к исследованиям сверхновых, чтобы с их помощью составить своего рода карту разбегания космоса, они были уверены, что обнаружат признаки замедления. В конце концов, должна же энергия Большого взрыва когда-нибудь иссякнуть; тут гравитация вступит в свои права и крепко надавит на тормоз. Но оказалось, не так-то просто устроена Вселенная.

На первый взгляд результаты Лоуренс-Беркли подтверждали ожидания. Свечение сверхновой показало, что расширение Вселенной замедляется: рано или поздно притяжение ее массы обуздает разбегание и установит коэффициент омега на отметке, близкой к единице.

И тем не менее это открытие было спорным. Вся известная науке масса Вселенной, включая пресловутую темную материю, дает омеге значение не более чем 0,3. Исследователи «недоучли» невидимое? Такое казалось маловероятным: они к тому времени уже овладели дифференцированными методами подсчета массы галактик. Любой из способов показывал, что вещества там гораздо больше, чем можно наблюдать. И все эти способы давали примерно одинаковые результаты.

Если концепция темной материи обоснованна, тогда за чем дело стало? Космологи Майкл Тернер и Лоуренс Максвелл Краусс явились на принстонскую встречу с готовым ответом. Почему бы, сказали они, не признать темную материю равной 0,3, при этом позволяя некоторой иной сущности внести остальные семь десятых. Вместо того чтобы разыскивать какую-то там недостающую массу, не резонно ли допустить, что эта доля принадлежит дополнительной энергии? Надо вернуть космологическую константу Эйнштейна, заявили Тернер и Краусс.

Экспериментаторы, как водится, добились успеха вопреки построениям теоретиков. Из результатов Лоуренс-Беркли, опубликованных Солом Перлмуттером, следовало, что гравитация вещества может составить чуть ли не всю омегу. Так что нет нужды возвращать космологическую константу, надо просто разобраться в неполадках с темной материей. Ее масса явно должна быть больше.

Однако в расчетах Перлмуттера обнаружились свои собственные проблемы. Если известны плотность Вселенной, текущий коэффициент ее разбегания (постоянная Хаббла) и темпы замедления, это позволяет установить, сколько времени прошло с начала расширения — проще говоря, возраст Вселенной. По данным Лоуренс-Беркли, где омега равна или близка к единице и задана исключительно наличной материей, выходило, что Вселенной не больше 8 миллиардов лет. Увы, астрономы, проанализировавшие свечение самых древних звезд, называют другое число: в пределах 15 миллиардов. Для понимания, что вся Вселенная просто не может оказаться почти вдвое моложе своих элементов, совсем не нужен гарвардский диплом. Помимо трудностей с «кастингом» космологической константы на роль омеги, возникла еще и проблема с омегой-единицей, обусловленной массой. Казалось, единственный достоверный факт — то, что темная материя составляет 0,3 Ω; все остальное предстоит еще выяснять и объяснять.

Однако не все были разочарованы этим тупиком: по крайней мере один гарвардский астроном остался доволен. Роберта Киршнера беспокоило другое: его исследования сверхновых продвигались слишком медленно, и это внушало опасения, что в соперничестве с Лоуренс-Беркли его группа будет разбита наголову. Между тем гонка за научный приоритет в предсказании судеб Вселенной все еще была далека от завершения.

В своей книге «Экстравагантная Вселенная» Киршнер весьма изящно и остроумно изложил подноготную изучения сверхновых и восстановления космологической константы. В конечном счете именно он решил исход дела и первым вышел с результатами, открывшими новую эпоху в космологии. Однако для этого ученый должен был преодолеть собственную предвзятость.

Группа Киршнера, куда входили исследователи со всех континентов, вела наблюдения сверхновых с горных вершин в Чили, Аризоне и на Гавайях. Как и ученые в Лоуренс-Беркли, они месяц за месяцем разыскивали новые вспышки, затем отслеживали наиболее перспективные варианты, уточняя необходимые детали с помощью космического телескопа «Хаббл». Будучи установлен в автоматической обсерватории на околоземной орбите, он мог извлечь из собираемых данных информацию о расстоянии сверхновой от Земли и о том, как меняется спектр излучения по мере распространения света от точки взрыва.

В конце концов ученые получили то, чего добивались. И это им совсем не понравилось.

Взрывы сверхновых были «слабее», чем следовало: свет, по идее, должен был распространиться дальше, чем показывали наблюдения. Адам Рисс, астроном из группы Киршнера, работавший в Калифорнийском университете в Беркли, первым объявил во всеуслышание: данные свидетельствуют об ускорении. Вселенная расширяется все быстрее.

Такого просто не могло быть. Но с гибнущими звездами не поспоришь. Всякий раз, когда Рисс, рассчитывая омегу, обращался к характеристикам сверхновой — яркости, красному смещению и скорости затухания, — его вычисления показывали отрицательную величину массы Вселенной. Единственное разумное объяснение состояло в том, что эта масса со своим притяжением — не единственный фактор, влияющий на разбегание Вселенной. Если же добавить «расталкивающую силу» в виде космологической константы, то картина обретала хоть какой-то смысл. Так, в выборе между несусветной массой со знаком минус и долго пребывавшей в забвении математической уловкой победила вторая. Но не окончательно.

На конференции в январе 1998 года выяснилось, что данные, полученные группой Лоренс-Беркли, указывают в том же направлении. Исследователи усовершенствовали методику анализа и разобрались с некоторыми проблемами — в частности, научились вводить поправку на искажения, которые вносит в результаты наблюдений межзвездная пыль Каждый опасался первым совершить роковую промашку. Кто первым объявит о возвращении космологической константы Эйнштейна? Это стало настоящей «войной нервов» для соперничающих группировок, испытанием веры ученых в их экспериментальные способности. Огласить информацию или выждать еще немного, перепроверить несколько раз и вновь поискать огрехи в обработке данных? Приз достанется тому, кто первым объявит о научной находке десятилетия. Проигравший рисковал сесть в лужу вместе с Эйнштейном.

Киршнеру полученные результаты не нравились, и он, конечно же, не хотел становиться посмешищем. По его собственному признанию, он делал все возможное для устранения досадной помехи. 12 января 1998 года Киршнер отправил Риссу по электронной почте нечто вроде полезного совета: «Признайтесь самому себе, положа руку на сердце: эти данные неверны».

Рисс откликнулся в тот же вечер пространным письмом, обращенным сразу ко всей группе. Его ответ был достоин героев Шекспира; так мог бы высказаться, к примеру, Генрих Пятый, будь он астрофизиком. «Посмотрите на них не сердцем или умом, но попросту открытыми глазами, — писал Рисс коллегам. — Ведь мы же наблюдатели, в конце концов!»

В последних числах февраля результаты наблюдений увидели свет. Затем последовала буря в СМИ. Рисс красноречиво поведал аудитории телеканала Си-Эн-Эн, что расширение Вселенной ускоряется, космос буквально разлетается на части и константа Эйнштейна наконец вернулась, чтобы вращать маховики мироздания. Киршнер, напротив, выступил совсем не по Шекспиру, заявив 27 февраля 1998 года газете «Вашингтон пост»: «Выглядит как полный бред. Но что поделаешь — это самое удобное объяснение».

Нельзя сказать, что даже и теперь исследователи были обрадованы. Похоже, точнее всего их общее состояние определил руководитель группы Брайан Шмидт. В интервью журналу «Сайенс» он описал свою реакцию как «нечто среднее между изумлением и ужасом».

Тем не менее группа Лоуренс-Беркли вскоре обнародовала, по сути, такие же выводы. Они и сейчас никем не оспорены. Но все же — что разрывает Вселенную на части? Не известно. Однако именно это непонятное нечто держит за ниточки «основной вопрос физики».

Изумление и ужас Брайана Шмидта не шли ни в какое сравнение с эмоциями, разыгравшимися после откровений его группы. Ситуация выплеснулась за рамки загадок космоса. «Полностью бредовые» характеристики света взорвавшихся звезд раскололи круг виднейших ученых. Теперь, когда космологическая константа вернулась на поле, они не могут договориться друг с другом, как и во что играть дальше. Пол Стейнхардт, физик-теоретик из Принстонского университета в Нью-Джерси, всерьез расстроен тем, что из-за проблем с этой константой лучшие умы как будто утратили и надежду, и всякое стремление когда-нибудь постичь Вселенную. «Смирение большинства наших теоретиков меня разочаровывает», — сообщил он журналу «Нейчур» («Природа») в июле 2007 года.