Некоторые отечественные философы ещё недавно говорили, что современная наука, и в особенности космология, уже не опирается на результаты эксперимента, о стадии «эмпирической невесомости», в которую она якобы вступила, об отказе «постнеклассической» науки от идеала подтверждения теории эмпирическими данными.
Но в самый разгар болтовни о «конце науки», о её возврате к античной схоластике (на эту тему, как и о том, что наука — лишь один из мифов, созданных человеческим воображением, успешно защищались позорные диссертации в Институте философии РАН) начался шквал новых открытий, прежде всего в астрофизике.
Сбылась давняя мечта астрономов. Начавшиеся с 1995 г. открытия планет вокруг звёзд (ныне известно более 160 планет) важны не только для объяснения происхождения Солнечной системы и проблемы внеземной жизни, но и для геологии.
Однако ещё значительнее другие открытия. Недавно было (почти) окончательно получено доказательство существования в центре нашей Галактики чёрной дыры с массой 3–4 млн масс Солнца. Быстрое обращение звёзд вокруг крошечного невидимого объекта, доказанное в 2002 г., практически невозможно интерпретировать иначе. Почти доказано существование и сотен других чёрных дыр. Есть предположение, что чёрные дыры могут быть окнами в другое пространство и время. Мы подошли к границе применимости современной теории (для понимания природы чёрных дыр, как и первых мгновений расширения нашей Вселенной, нужна квантовая теория гравитации, создаваемая в рамках теории струн). Для развития теории необходимы новые наблюдательные данные. Чтобы получить такие данные экспериментальным путём на Земле, мощность современных ускорителей должна быть повышена на 13 порядков, что неизмеримо больше всей доступной человечеству энергии.
Десять лет назад в США было остановлено строительство сверхускорителя элементарных частиц, но в ряде стран продолжается строительство сверхгигантских телескопов, планируется телескоп с диаметром зеркала 100 м. Пришло время, о котором в 1972 г. писал академик Арцимович в статье «Будущее принадлежит астрофизике». В космологии, науке о Вселенной в целом, также произошёл прорыв концептуального характера, который не хочется называть революцией лишь потому, что это слово часто используют «науковеды», полагающие, что новая теория якобы разрушает старую и поэтому науке нельзя доверять. На самом же деле революция в науке означает лишь этап быстрого расширения сферы познанного.
Общей для астрономии и физики является проблема тёмной массы. Получены новые доказательства того, что масса звёзд и вообще барионной1 материи вносит лишь около 4% в полную плотность Вселенной. Около 70% дает плотность энергии космического вакуума — и мы просто не знаем (пока!), на что приходятся остающиеся примерно 26%. Известно только, что это гравитирующие объекты. Долгое время возможными носителями скрытой массы считалось нейтрино, но сейчас ясно, что их масса слишком мала. Наиболее вероятными «претендентами» являются слабо взаимодействующие массивные частицы, которые ещё предстоит открыть; эксперименты, пытающиеся их отловить в космическом пространстве, всё ещё безyспешны.
Расширение Вселенной, обнаруженное более 80 лет назад, остаётся важнейшим и самым неожиданным из всех открытий астрономии. Испокон веков философы были уверены в том, что Космос, Вселенная в целом, вечна и неизменна. Уравнения общей теории относительности, написанные в 1915 г., однако, допускали и нестатичность Вселенной, и, чтобы избежать этого, Эйнштейн ввёл в них добавочный член, названный впоследствии космологической постоянной. После работ Хаббла, доказавшего в 1929 г. пропорциональность между скоростями удаления галактик и расстояниями до них, необходимость в этом члене, казалось бы, отпала — Вселенная действительно оказалась нестатичной, расширяющейся. Впоследствии Эйнштейн назвал введение космологической постоянной своей самой грубой ошибкой, однако теперь мы понимаем, что ошибочным было лишь придание этой постоянной значения, необходимого для статичности Вселенной; в целом же предположение Эйнштейна подтвердилось. Существование некоей силы, которая наряду с обычным тяготением управляет динамикой Вселенной, было недавно доказано.
Для выбора космологической модели, правильно описывающей Вселенную в целом, нужно иметь надёжные данные о максимально далёких объектах с известной светимостью: необходимо определение их светимости и тем самым расстояний. С 1990-х гг. для этих целей начали использоваться сверхновые: светимость некоторых из этих взрывающихся звёзд в максимуме блеска очень велика и при этом одинакова. В начале 1998 г. были обнародованы первые результаты двух американских команд. Они казались — а некоторым кажутся и сейчас — невероятными. Далёкие сверхновые оказались систематически более слабыми, чем требовал линейный закон Хаббла, и это означало, что Вселенная расширяется ускоренно.
Последующие наблюдения подтвердили этот вывод. Ускорение вызвано разлитой в космосе «тёмной энергией», обладающей свойством антигравитации. Многие авторы считают необходимым ввести новую сущность — «квинтэссенцию», новое физическое поле, способное создать антигравитацию, ускоряющую расширение Вселенной. Однако новые сущности не следует вводить без необходимости. Таким же свойством отрицательного давления обладает космический вакуум, который присутствует повсюду. Он фигурирует и в физике микромира, представляя собой наинизшее энергетическое состояние квантовых полей. Именно в нём происходят взаимодействия элементарных частиц. Реальность физического вакуума — бесспорный экспериментальный факт, однако плотность его энергии не поддается измерению в физическом эксперименте. И вот теперь астрономия даёт ответ на этот вопрос: астрономы представили убедительные аргументы в пользу того, что космическое отталкивание обусловлено именно плотностью энергии вакуума, которая одинакова во всей Вселенной. Именно это и отражает введённая Эйнштейном космологическая постоянная.
Флуктуации первичного вакуума на ранних стадиях эволюции Вселенной, по мнению многих теоретиков, дают начало множеству (порядка 1050!) вселенных с самыми разными значениями физических констант в них. Та из этих вселенных, параметры которой (на современном этапе!) совместимы с жизнью, является нашей Вселенной.
Окончательные данные о характере расширения Вселенной будут вскоре получены при новых наблюдениях. Эта задача превратилась едва ли не в самую актуальную не только для астрономии, но и для физики. Видимые, ещё не потухшие и не провалившиеся в чёрные дыры звёзды, наши любимые звёзды, составляют не более 1% массы Вселенной. И вообще барионов лишь около 4%, и бо2льшая их доля приходится на горячий газ, наблюдаемый в рентгеновском диапазоне в скоплениях галактик. А ещё недавно мы считали звёзды самым важными объектами! Однако почти все наши знания о Вселенной, в том числе и о её невидимой львиной доле, пришли именно от наблюдений звёзд.
Что же, астрономы в итоге XX в. оказались у разбитого корыта? Нет, ведь это они доказали, что физика занималась лишь несколькими процентами содержимого Вселенной, — и они же дали ограничения на природу тёмной материи и плотность вакуума. Трудно привыкнуть к мысли, что лишь около 30% плотности энергии/массы Вселенной обусловлено веществом (пусть даже и неизвестно каким), а большая часть принадлежит чёрт знает чему — вакууму или новому физическому полю («квинтэссенции»). Но это не поражение науки, а свидетельство её неисчерпаемых возможностей. Пути решения проблем известны, старое знание не отрицается; фридмановский этап расширения Вселенной существует во всех моделях. На этот этап приходится практически всё время существования нашей Вселенной, долгие миллиарды лет — за вычетом разве что первоначальных ничтожных долей секунды. Общая теория относительности, квантовая хромодинамика1, единая теория электрослабых взаимодействий, теория нуклеосинтеза (образования атомных ядер) и эволюции звёзд только укрепили свои позиции.
Да, взобравшись на вершину, мы увидели новые пики, и это не кризис науки, а её очередной триумф . Не исключено, что дальнейшее развитие покажет, что масштабы его сравнимы с рождением теории относительности и квантовой механики. Мы снова видим, что развитие науки, решая одни проблемы, поднимает новые.
Сбылась давняя мечта астрономов. Начавшиеся с 1995 г. открытия планет вокруг звёзд (ныне известно более 160 планет) важны не только для объяснения происхождения Солнечной системы и проблемы внеземной жизни, но и для геологии.
Однако ещё значительнее другие открытия. Недавно было (почти) окончательно получено доказательство существования в центре нашей Галактики чёрной дыры с массой 3–4 млн масс Солнца. Быстрое обращение звёзд вокруг крошечного невидимого объекта, доказанное в 2002 г., практически невозможно интерпретировать иначе. Почти доказано существование и сотен других чёрных дыр. Есть предположение, что чёрные дыры могут быть окнами в другое пространство и время. Мы подошли к границе применимости современной теории (для понимания природы чёрных дыр, как и первых мгновений расширения нашей Вселенной, нужна квантовая теория гравитации, создаваемая в рамках теории струн). Для развития теории необходимы новые наблюдательные данные. Чтобы получить такие данные экспериментальным путём на Земле, мощность современных ускорителей должна быть повышена на 13 порядков, что неизмеримо больше всей доступной человечеству энергии.
Десять лет назад в США было остановлено строительство сверхускорителя элементарных частиц, но в ряде стран продолжается строительство сверхгигантских телескопов, планируется телескоп с диаметром зеркала 100 м. Пришло время, о котором в 1972 г. писал академик Арцимович в статье «Будущее принадлежит астрофизике». В космологии, науке о Вселенной в целом, также произошёл прорыв концептуального характера, который не хочется называть революцией лишь потому, что это слово часто используют «науковеды», полагающие, что новая теория якобы разрушает старую и поэтому науке нельзя доверять. На самом же деле революция в науке означает лишь этап быстрого расширения сферы познанного.
Общей для астрономии и физики является проблема тёмной массы. Получены новые доказательства того, что масса звёзд и вообще барионной1 материи вносит лишь около 4% в полную плотность Вселенной. Около 70% дает плотность энергии космического вакуума — и мы просто не знаем (пока!), на что приходятся остающиеся примерно 26%. Известно только, что это гравитирующие объекты. Долгое время возможными носителями скрытой массы считалось нейтрино, но сейчас ясно, что их масса слишком мала. Наиболее вероятными «претендентами» являются слабо взаимодействующие массивные частицы, которые ещё предстоит открыть; эксперименты, пытающиеся их отловить в космическом пространстве, всё ещё безyспешны.
Расширение Вселенной, обнаруженное более 80 лет назад, остаётся важнейшим и самым неожиданным из всех открытий астрономии. Испокон веков философы были уверены в том, что Космос, Вселенная в целом, вечна и неизменна. Уравнения общей теории относительности, написанные в 1915 г., однако, допускали и нестатичность Вселенной, и, чтобы избежать этого, Эйнштейн ввёл в них добавочный член, названный впоследствии космологической постоянной. После работ Хаббла, доказавшего в 1929 г. пропорциональность между скоростями удаления галактик и расстояниями до них, необходимость в этом члене, казалось бы, отпала — Вселенная действительно оказалась нестатичной, расширяющейся. Впоследствии Эйнштейн назвал введение космологической постоянной своей самой грубой ошибкой, однако теперь мы понимаем, что ошибочным было лишь придание этой постоянной значения, необходимого для статичности Вселенной; в целом же предположение Эйнштейна подтвердилось. Существование некоей силы, которая наряду с обычным тяготением управляет динамикой Вселенной, было недавно доказано.
Для выбора космологической модели, правильно описывающей Вселенную в целом, нужно иметь надёжные данные о максимально далёких объектах с известной светимостью: необходимо определение их светимости и тем самым расстояний. С 1990-х гг. для этих целей начали использоваться сверхновые: светимость некоторых из этих взрывающихся звёзд в максимуме блеска очень велика и при этом одинакова. В начале 1998 г. были обнародованы первые результаты двух американских команд. Они казались — а некоторым кажутся и сейчас — невероятными. Далёкие сверхновые оказались систематически более слабыми, чем требовал линейный закон Хаббла, и это означало, что Вселенная расширяется ускоренно.
Последующие наблюдения подтвердили этот вывод. Ускорение вызвано разлитой в космосе «тёмной энергией», обладающей свойством антигравитации. Многие авторы считают необходимым ввести новую сущность — «квинтэссенцию», новое физическое поле, способное создать антигравитацию, ускоряющую расширение Вселенной. Однако новые сущности не следует вводить без необходимости. Таким же свойством отрицательного давления обладает космический вакуум, который присутствует повсюду. Он фигурирует и в физике микромира, представляя собой наинизшее энергетическое состояние квантовых полей. Именно в нём происходят взаимодействия элементарных частиц. Реальность физического вакуума — бесспорный экспериментальный факт, однако плотность его энергии не поддается измерению в физическом эксперименте. И вот теперь астрономия даёт ответ на этот вопрос: астрономы представили убедительные аргументы в пользу того, что космическое отталкивание обусловлено именно плотностью энергии вакуума, которая одинакова во всей Вселенной. Именно это и отражает введённая Эйнштейном космологическая постоянная.
Флуктуации первичного вакуума на ранних стадиях эволюции Вселенной, по мнению многих теоретиков, дают начало множеству (порядка 1050!) вселенных с самыми разными значениями физических констант в них. Та из этих вселенных, параметры которой (на современном этапе!) совместимы с жизнью, является нашей Вселенной.
Окончательные данные о характере расширения Вселенной будут вскоре получены при новых наблюдениях. Эта задача превратилась едва ли не в самую актуальную не только для астрономии, но и для физики. Видимые, ещё не потухшие и не провалившиеся в чёрные дыры звёзды, наши любимые звёзды, составляют не более 1% массы Вселенной. И вообще барионов лишь около 4%, и бо2льшая их доля приходится на горячий газ, наблюдаемый в рентгеновском диапазоне в скоплениях галактик. А ещё недавно мы считали звёзды самым важными объектами! Однако почти все наши знания о Вселенной, в том числе и о её невидимой львиной доле, пришли именно от наблюдений звёзд.
Что же, астрономы в итоге XX в. оказались у разбитого корыта? Нет, ведь это они доказали, что физика занималась лишь несколькими процентами содержимого Вселенной, — и они же дали ограничения на природу тёмной материи и плотность вакуума. Трудно привыкнуть к мысли, что лишь около 30% плотности энергии/массы Вселенной обусловлено веществом (пусть даже и неизвестно каким), а большая часть принадлежит чёрт знает чему — вакууму или новому физическому полю («квинтэссенции»). Но это не поражение науки, а свидетельство её неисчерпаемых возможностей. Пути решения проблем известны, старое знание не отрицается; фридмановский этап расширения Вселенной существует во всех моделях. На этот этап приходится практически всё время существования нашей Вселенной, долгие миллиарды лет — за вычетом разве что первоначальных ничтожных долей секунды. Общая теория относительности, квантовая хромодинамика1, единая теория электрослабых взаимодействий, теория нуклеосинтеза (образования атомных ядер) и эволюции звёзд только укрепили свои позиции.
Да, взобравшись на вершину, мы увидели новые пики, и это не кризис науки, а её очередной триумф . Не исключено, что дальнейшее развитие покажет, что масштабы его сравнимы с рождением теории относительности и квантовой механики. Мы снова видим, что развитие науки, решая одни проблемы, поднимает новые.
Обсуждения Космология