ТЕМНАЯ ЭНЕРГИЯ И ГРАВИТАЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ
Американские учёные установили, что тёмная энергия превозмогла гравитацию Вселенной около
5 млрд. лет назад. Незадолго до образования нашего Солнца, таинственная "тёмная энергия" - сила
пока неизвестной природы, заставляющая Вселенную расширяться с постоянным ускорением, - одо-
лела гравитационное притяжение. С момента Большого Взрыва и до того времени расширение Все-
ленной под воздействием гравитации постепенно замедлялось, но так как концентрация вещества за
счёт расширения постепенно уменьшалась, то в конце концов сила гравитации уступила "тёмной энер-
гии" и расширение Вселенной ( или разлёт галактик друг от друга ) снова начало ускоряться. Это уда-
лось выяснить благодаря наблюдению наиболее удалённых сверхновых звёзд, чья яркость не соответс-
твует красному смещению: они ярче, чем должны быть, а следовательно, их образование пришлось на
эпоху, когда расширение Вселенной замедлялось, а не ускорялось как сейчас..
космический зонд WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)
Новые данные от зонда NASA - WMAP, который завис в точке Лагранжа (гравитационного равнове-
сия Солнца и Земли) на расстоянии 1,5 млн. км от нас, обеспечили космологов бесценной информа-
цией, позволяющей нарисовать реальную картину раннего этапа в развитии Вселенной. Полученные
данные подтверждают инфляционную теорию, согласно которой Вселенная испытала огромный ска-
чок роста вскоре после Большого взрыва. Кроме того, определен возраст Вселенной с большой точно-
стью - 13,7 млрд. лет плюс-минус 200 млн. лет. Таким образом, возможная ошибка - не больше одного
процента. Полученная "картинка" фактически представляет собой снимок послесвечения Большого
взрыва, образованный распределением температуры космического микроволнового фона ( который
был открыт ещё в 1965 году, но тогда считался изотропным или равномерным по всем напрвлениям).
Фотоны, испущенные спустя 380 тыс лет после Большого взрыва, когда Вселенная остыла достаточно
для образования атомов из отдельных заряженных частиц ( которые и образуют космический микро-
волновый фон, провели в пути более 13 млрд. лет, прежде чем достигли приборов, они остыли за
это время до температуры в 2,7251 - 2,7249 градусов Кельвина. "Зародыши" будущих галактик - учас-
тки с несколько большей плотностью, возникшие в почти однородной ранней Вселенной, - были
"вморожены" в это излучение и выдают себя только микроскопическими возмущениями в реликто-
вом фоне. Время экспонирования следующей картинки (слева) составило целый год..
Ученые пока не точно представляют процессы, протекавшие спустя лишь 380 тыс. лет после Боль-
шого взрыва, но вот как они представляют эту картину. Узлы материи были связаны длинными нитя-
ми, напоминая подобие гигантской паутины. Скопления водорода были подобны каплям на этой пау-
тине. В каждой капле отражалась некоторая случайная вариация гравитации и инерции расширения,
и в конечном счете они были стянуты к узлам, где впоследствии и сформировались самые первые га-
лактики. Самое большое удивление ученые испытали, когда при анализе выяснилось, что первая ге-
нерация звезд сформировалась спустя всего лишь 200 млн. лет после рождения Вселенной - намного
раньше, чем предполагалось ранее. Подтверждение получили также новые взгляды на состав нашей
Вселенной. Команда WMAP приводит такие данные: 4 % - атомы обычного вещества, 23 % относит-
ся к неизвестному пока типу темной материи, а 73 % - это еще более таинственная "темная энергия",
действующая как своего рода антигравитация. Тем не менее полученные данные не исключают и так
называемую "циклическую модель" развития Вселенной, которая конкурирует с инфляционной. Из
циклической модели следует, что расширение Вселенной является периодическим процессом. Обе
модели предсказывают фактически те же самые температурные колебания, о которых сообщает зонд
WMAP. В случае бесконечной Вселенной в микроволновом фоне должны быть длины всех волн, од-
нако самые длинные волны обнаружены не были. Было высказано предположение, что Вселенная
ограничена сферой с радиусом около 30 млрд. световых лет. Чтобы проверить эту математическую
модель, взяли геометрическую форму додекаэдра Пуанкаре (похожую на футбольный мяч с 12 искрив-
влёнными пяти-угольниками), и рассчитали для неё длины волн. Теоретические данные поразитель-
но точно совпали с полученными в результате зондирования. Конечно это не означает, что Вселен-
ная имеет именно эту форму, но она является простейшим решением этой задачи. А так как Вселен-
ная в этой модели замкнутая, то достигнув условной границы мы не покинем её а окажемся в сим-
метричной точке но с ( условно ) противоположной стороны. Иными словами такая Вселенная вооб-
ще лишена краёв, а двигаясь в одном направлении мы должны в конце вернуться в исходную точку. КАК ИЗМЕРИТЬ СКОРОСТЬ ГРАВИТАЦИИ ..
Российский физик Сергей Копейкин, работающий в Университете Миссури в Колумбии и америка-
нец Эдвард Фомалонт из Национальной радиоастрономической обсерватории в Шарлоттсвилле,
штат Вирджиния, заявили ( 7.01.2003г ), что им впервые с приемлемой точностью удалось измерить
скорость гравитации. Их эксперимент подтверждает мнение большинства физиков: скорость гравита-
ции равна скорости света. Это представление лежит в основе современных теорий, в том числе и
Общей теории относительности Эйнштейна, но до сих пор не удавалось измерить эту величину не-
посредственно в эксперименте. Теория тяготения Ньютона исходит из того, что воздействие силы
тяжести передается мгновенно, но Эйнштейн предположил, что гравитация путешествует со скорос-
тью света. Этот постулат стал одной из основ его Теории относительности 1915 года.
Из этого следует, что, если бы Солнце внезапно исчезло из центра Солнечной системы, Земля оста-
валась бы на своей орбите еще ~ 8,3 минут ( такое время требуется свету, чтобы пройти расстояние
от Солнца до Земли ), почувствовав освобождение от солнечной гравитации, покинула бы свою
орбиту и улетела бы прочь в космос по прямой.
Как же можно измерить "скорость силы тяжести"? Один из путей решения проблемы в том, чтобы
попытаться обнаружить гравитационные волны - небольшую "рябь" в пространственно-временном
континууме, которая расходится от любых масс, двигающихся с ускорением. Различные установки
для улавливания гравитационных волн построены уже во множестве, но ни одна из них до сих пор
не смогла зарегистрировать подобного эффекта в силу исключительной его слабости.
Копейкин пошел другим путем. Он преобразовал уравнения Общей теории относительности так,
чтобы выразить поле тяготения движущегося тела через его массу, скорость движения и скорости
гравитации. В качестве массивного тела решено было использовать Юпитер. Довольно редкий слу-
чай представился в сентябре 2002 года, когда Юпитер проходил перед квазаром ( что случается при-
мерно раз в 10 лет), интенсивно испускающим радиоволны. Копейкин и Фомалонт скомбинирова-
ли результаты наблюдений от десятка радиотелескопов в разных частях земного шара, от Гавайев до
Германии (использовались как 25-метровые радиотелескопы Национальной радиоастрономической
обсерватории, так и 100-метровый немецкий в Эффельсберге), чтобы измерить мельчайшее видимое
изменение позиции квазара, вызванное изгибом радиоволн от этого источника в поле тяготения
Юпитера. Исследуя характер воздействия поля тяготения Юпитера на проходящие радиоволны при
знании его массы и скорости движения, можно вычислить искомую скорость гравитации. Совмест-
ная работа земных радиотелескопов позволила достичь точности в 100 раз большей, чем это дости-
жимо с помощью космического телескопа "Хаббл". Смещения, измеряемые в эксперименте, были со-
всем крошечными - изменения в положении квазара (измерялось угловое расстояние между ним и
квазаром-эталоном ) были в пределах 50 миллионных арксекунды! Эквивалентом таких измерений
может служить размер монеты серебряного доллара на Луне или толщина человеческого волоса с
расстояния в 250 миль (западные источники, видимо, не обратили внимание на значение русской
фамилии одного из авторов, иначе они сравнили бы размеры с нашей денежной единицей..).
Полученный результат: сила тяжести передается с ~ 0,95 скорости света, возможная ошибка экспе-
римента составляет плюс-минус 0,25. "Мы теперь знаем, что скорость гравитации вероятно равна
скорости света, - сказал Фомалонт. - И мы можем уверенно исключить любой результат, который
вдвое превысит эту величину".
Множество интерферометров гравитационных волн было введено в строй за последний год, какой-
-нибудь из них должен, наконец, обнаружить гравитационные волны непосредственно и таким об-
разом измерить их скорость - фундаментальную константу нашей Вселенной. Впрочем сам по себе
эксперимент не является однозначным подтверждением именно эйнштейновской теории гравита-
ции. С тем же успехом его можно считать подтверждением существующих альтернативных теорий.
Тем не менее результат важен с точки зрения упрощения некоторых вариантов современных теорий
и поддержки других - он связан с космологическими теориями множественных вселенных и так на-
зываемой теории струн или суперструн, но слишком рано делать окончательные выводы, считают
исследователи. В новейшей так называемой единой М-теории, являющейся развитием теории супер-
струн, кроме "струн" (strings) появились новые многомерные объекты - браны (brane). Суперстринго-
вые теории по своей природе включают в себя гравитацию, поскольку производимые на их основе
расчеты неизменно предсказывают существование гравитона, невесомой частицы со спином = 2.
Предполагается, что существуют дополнительные пространственные измерения, только "свернутые".
И гравитация могла бы оказывать воздействие "коротким путем" через эти дополнительные измере-
ния, как бы путешествуя быстрее скорости света, но не нарушая при этом уравнения Общей теории
относительности. newscientist.com/news/news.jsp?
ОБНАРУЖЕНА "ТЕМНАЯ" ГАЛАКТИКА
HVC 127-41-330 облако темной материи (слева)
Астрономы из Университета Калифорнии в Беркли обнаружили первую "тёмную" галактику. Объект,
известный под названием HVC 127-41-330, находится в 2 миллионах световых лет от Земли и пред-
ставляет собой облако из водорода и пыли. Американские учёные изучали его при помощи мощного
радиотелескопа Аресибо. Это облако вращается настолько быстро, что без сильного внутреннего ис-
точника гравитации оно давно должно рассеится. Однако никакого источника гравитации не наблю-
дается. Видимо всё дело в тёмной материи. По мнению учёных, облако, по меньшей мере, на 80%
состоит именно из неё. Непосредственно тёмную материю пока никто не обнаружил, но косвенные
данные свидетельствуют, что Вселенная ~ на две трети состоит из тёмной материи. Без тёмной мате-
рии у галактик была бы совсем другая форма, а сверхновые звезды вспыхивали бы ярче. Если эта ги-
потеза верна, то она возможно объясняет, почему количество наблюдаемых карликовых галактик на-
столько расходится с теорией, пишет New Scientist. В нашей локальной группе галактик найдены
только 35 карликовых галактик. При моделировании процесса образования галактик получаются сов-
сем другие цифры - карликовых галактик должно быть около 500! Не исключено также, что большин-
ство карликовых галактик - тёмные. Их масса невелика, и гравитационные силы в них слишком сла-
бы, чтобы сформировать из газа звёзды.
Уже есть много доказательств того, что яркие галактики содержат большие количества темной мате-
рии, масса которой часто в десять раз превышает массу всех звезд галактики. Для того, чтобы объяс-
нить наблюдаемые перемещения звезд под влиянием гравитации целой галактики, должна существо-
вать дополнительная масса, которую мы не видим. В некоторых галактиках, которые доступны на-
блюдениям, звезд явно недостаточно, чтобы они были способны составлять галактику и существо-
вать как галактика. На фото снизу представлена галактика UGC 10214, из которой явно происходит
отток вещества так, как если бы она взаимодействовала бы с другой галактикой. Но эта галактика
невидна, и поток вещества течет как бы в никуда. Неизвестным источником гравитации может быть
соседняя скопление темного вещества или темная галактика.
UGC 10214
