Стихи - Фотография - Проза - Уфология - О себе - Фотоальбом - Новости - Контакты -

Главная   Назад

Мичио Каку Параллельные миры

0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|10|11|12|

Чтобы подчеркнуть, насколько примечательной является сложившаяся ситуация, астроном Хью Росс уподобил ее Боингу-747, полностью собранному ураганом, наткнувшимся на свалку старых автомобилей. Антропный принцип

Все приведенные выше аргументы сводятся к антропному принципу. Существует несколько позиций, которые можно занять относительно этого противоречивого принципа. Моя учительница во втором классе считала, что эти удачные совпадения предполагали существование великого проекта или плана. Как когда-то сказал физик Фриман Дайсон, «вселенная словно знала, что мы придем». Это иллюстрация сильного антропного принципа, который заключается в идее того,

что точная настройка физических констант была не случайностью, а предполагает некий проект. (Слабый антропный принцип просто утверждает, что физические константы вселенной таковы, что возможно существование жизни и разума).

Физик Дон Пейдж суммировал различные формы антропного принципа, предлагавшиеся в различные годы.

Слабый антропный принцип: «То, что мы видим во вселенной, ограничивается требованием нашего существования в качестве наблюдателей».

Сильно-слабый антропный принцип: «По крайней мере в одном мире… из вселенной многих миров должна развиваться жизнь».

Сильный антропный принцип: «Вселенная должна нести в себе определенные качества, чтобы в какой-то момент в ней развилась жизнь».

Конечный антропный принцип: «Разум должен развиться во вселенной, после чего он никогда не погибнет».

Одним из физиков, всерьез воспринимающих сильный антропный принцип и утверждающих, что это признак существования Бога, является Вера Кистяковски, физик из Массачусетского технологического института. Она говорит: «Утонченное совершенство физического мира, открывающееся нашему научному взору, требует присутствия божественного». Еще одним ученым, поддерживающим это мнение, является Джон Полкингхорн, физик, занимавшийся частицами, который отказался от занимаемой должности в Кембриджском университете и стал священником англиканской церкви. Он пишет о том, что вселенная — это «не просто «какой-то мир», она особенна и тонко настроена для жизни, поскольку является созданием Творца, чья воля в том, чтобы все было именно так». И в самом деле, сам Исаак Ньютон, которому принадлежит концепция непреложных законов, управляющих движением планет и звезд без всякого божественного вмешательства, считал, что изящество этих законов указывает на существование Бога.

Но нобелевский лауреат Стивен Вайнберг не поддерживает такую точку зрения. Он признает всю притягательность антропного принципа: «Для людей практически непреодолимым является стремление верить в то, что мы имеем какое-то особое отношение ко вселенной, что человеческая жизнь не просто более или менее нелепый результат цепи случайностей, простирающейся до первых трех минут после Большого Взрыва, а что мы были каким-то образом встроены с самого начала». Однако в заключение он говорит о том, что сильный антропный принцип представляет собой «едва ли нечто большее чем пустую мистическую бессмыслицу».

Остальные физики также не слишком убеждены в силе ашропного принципа. Ныне покойный физик Хайнц Пейджелс был сильно увлечен антропным принципом, но в конечном счете потерял к нему интерес, поскольку этот принцип не содержал в себе прогностической силы. Эта теория не подлежит проверке. Кроме того, не существует способов извлечь из нее какую-либо новую информацию. Вместо этого она несет бесконечный поток пустых тавтологий — «мы здесь потому, что мы здесь».

Гут также отбрасывал антропный принцип, утверждая: «Мне трудно поверить, что кто-либо вообще стал бы использовать антропный принцип, если бы у нас было лучшее объяснение. Мне еще предстоит услышать, к примеру, об антропном принципе в мировой истории… Люди занимаются антропным принципом, когда они не могут придумать чего-то лучшего». Мультивселенная

Другие ученые, такие, как сэр Мартин Рис из Кембриджского университета, считают, что эти космические случайности являются доказательством существования Мультивселенной. Рис считает, что единственным способом объяснения того факта, что мы живем в невероятно узкой диапазонной полосе сотен «совпадений», является постулирование существования миллионов параллельных вселенных. В этой Мультивселенной большинство вселенных мертвы. Протон в них неустойчив. Атомы так и не создаются. ДНК не образуется. Вселенная либо преждевременно коллапсирует, либо практически немедленно замерзает. Но в нашей вселенной произошел ряд космических случайностей, при этом совершенно не обязательно считать, что Господь приложил к этому руку; можно основываться просто на законе больших величин.

В каком-то смысле от сэра Мартина Риса в последнюю о можно было бы ожидать услышать об идее параллельных ных. Он Королевский Астроном Великобритании, и на нем большая ответственность за формирование взгляда на вс Седовласый, солидный, безупречно одетый, Рис в равной с хорошо говорит как о космических чудесах, так и о заботах публики.

Он отнюдь не считает совпадением то, что вселенная то строена для возможности существования жизни. Во все просто-напросто слишком много случайностей, чтобы все о запись в столь узком диапазоне, позволяющем существовать «То, что кажется нам тонкой настройкой, от которой завис существование, может оказаться всего лишь совпадением, шет Рис. — Когда-то и я думал именно так. Но сейчас этот кажется мне слишком узким… Если мы примем его, разнооб-будто бы особенные черты нашей вселенной — которые не теологи когда-то приводили в качестве доказательств существ Провидения или изначального проекта — не вызовут удивле

Рис попытался подкрепить свои аргументы перечислени которых из этих концептов. Он утверждает, что вселенная, п видимости, управляется шестью параметрами, каждый из к поддается измерению и является тонко настроенным. Эти величин должны удовлетворять условиям жизни, или же они с мертвые вселенные.

Первый — это то, что параметр Ј равен 0,007 — относ количество водорода, который конвертируется в гелий путем за в момент Большого Взрыва. Если бы эта величина имела зн не 0,007, а 0,006, то это ослабило бы силу ядерного взаимодей протоны и нейтроны не смогли бы соединиться, сформиров Невозможным оказалось бы образование дейтерия (ядер с протоном и одним нейтроном), а отсюда следует, что более т. элементы так и не образовались бы в звездах, а вся вселенная о лась бы в сплошной водород. Даже малейшее снижение силь_ ного взаимодействия вызвало бы нестабильность периодич таблицы химических элементов, а количество устойчивых элем необходимых для создания жизни, уменьшилось бы.

Если бы значение Ј равнялось 0,008, то синтез происходил бы настолько быстро, что после Большого Взрыва не осталось бы водорода и сегодня не было бы звезд, дающих свою энергию планетам. Или, возможно, два протона оказались бы связаны вместе, что также сделало бы синтез в звездах невозможным. Рис указывает на вывод Фреда Хойла, что изменение силы ядерного взаимодействие всего лишь на 4 % сделало бы невозможным образование углерода в звездах, а это, в свою очередь, стало бы препятствием для формирования высших элементов и, следовательно, для возникновения жизни. Хойл обнаружил, что при незначительном изменении силы ядерного взаимодействия бериллий становится настолько неустойчив, что не может служить «мостом» для образования атомов углерода.

Второй параметр — это N, значение которого равно 1036. N — это частное от деления силы электрического взаимодействия на силу гравитации. Этот параметр показывает, насколько слаба гравитация. Если бы гравитация была еще слабее, то стала бы невозможной конденсация звезд в плотные скопления вещества и создание невероятно высоких температур, необходимых для синтеза. Отсюда следует, что звезды не светились бы и планеты погрузились бы в замораживающую тьму.

Но если бы гравитация была чуть сильнее, то это вызвало бы слишком быстрый разогрев звезд и они сожгли бы свое топливо слишком быстро. При таком варианте развития событий жизнь просто не успела бы зародиться. Кроме того, более сильная гравитация вызвала бы более раннее образование галактик, и они были бы слишком маленькими. Звезды встречались бы в более плотных скоплениях, что стало бы причиной катастрофических столкновений между различными звездами и планетами.

Третьим параметром является со, относительная плотность вселенной. Если бы со была слишком мала, то вселенная расширилась бы и остыла слишком быстро. Но если бы со была слишком велика, то вселенная сжалась бы еще до начала всякой жизни. Рис пишет: «Через одну секунду после Большого Взрыва со не могла отличаться от единицы больше, чем на 10-11, чтобы сегодня, 10 миллиардов лет спустя, вселенная все еще продолжала расширяться, а значение со при этом наверняка не ушло бы далеко от единицы».

Четвертым параметром является л, космологическая константа, которая определяет ускорение нашей вселенной. Если бы эта константа была всего лишь в несколько раз больше, то создалась бы антигравитация, которая разорвала бы нашу вселенную, и это стало бы причиной ее немедленного Большого Охлаждения, при котором жизнь невозможна. Но если бы значение космологической константы было отрицательным, то вселенная бы коллапсировала в Большом Сжатии, причем это случилось бы слишком быстро, чтобы смогла сформироваться какая-либо жизнь. Иными словами, чтобы существование жизни оказалось возможным, космологическая константа, как и ш, также должна находиться в определенном узком диапазоне.

Пятым параметром является Q средняя относительная амплитуда флуктуации в космическом микроволновом излучении, равная 105. Если бы это число было чуть меньше, то вселенная имела бы чрезвычайно однородную структуру, будучи безжизненной массой газа и пыли, которые никогда не конденсировались бы в сегодняшние звезды и галактики. Вселенная была бы темной, однородной, лишенной характерных черт и безжизненной. Если бы значение Q. было больше, то конденсация вещества произошла бы раньше, при этом оно конденсировалось бы в огромные сверхгалактические структуры. Эти «огромные куски вещества конденсировались бы в черные дыры», пишет Рис. Эти черные дыры были бы тяжелее, чем целые галактические скопления. Любые звезды, образование которых возможно в таком огромном скоплении газа, располагались бы слишком плотно, а потому существование планетарных систем было бы невозможным.

Последним параметром является D, то есть количество пространственных измерений. Благодаря заинтересованности в М-теории физики возвратились к вопросу о том, является ли жизнь возможной в дополнительных высших или низших измерениях. Если пространство одномерно, то, вероятно, существование жизни невозможно, поскольку вселенная становится слишком упрощенной. Как правило, при попытках физиков применить квантовую теорию к одномерным вселенным мы обнаруживаем, что частицы проходят одна сквозь другую без всякого взаимодействия. Поэтому вполне возможно, что вселенные, существующие в одном измерении, не могут нести жизнь, поскольку частицы не могут «приклеиться» одна к другой, образуя все более сложные объекты.

В двух измерениях мы также сталкиваемся с проблемой, поскольку жизненные формы, вероятно, дезинтегрировали бы. Представьте двумерную расу существ, обитателей Плоской Страны, живущих на поверхности стола. Представьте, что они пытаются есть. Пищевод, тянущийся ото рта к заднему проходу, расщепил бы обитателя Плоской Страны надвое, и он распался бы. Таким образом, трудно представить, как обитатель Плоской Страны мог бы существовать, не распадаясь на части.

Еще один аргумент из области биологии указывает на то, что разумная жизнь не может существовать менее чем в трех измерениях. Наш мозг состоит из большого количества пересекающихся нейронов, объединенных обширной электрической сетью. Если бы вселенная была одно- или двумерной, было бы невозможно строить сложные нейронные сети, особенно в условиях короткого замыкания при наложении их друг на друга. В условиях низших измерений мы жестко ограничены количеством сложных логических схем и нейронов, которые можно разместить на маленьком участке. Например, наш собственный мозг состоит из 100 миллиардов нейронов, что приблизительно равно количеству звезд в Галактике Млечный Путь; при этом каждый нейрон связан с десятью тысячами других нейронов. Такую сложность было бы трудно воспроизвести в условиях меньшего количества измерений.

В четырех пространственных измерениях возникает следующая проблема: планеты неустойчивы на своих околосолнечных орбитах. На смену закону обратных квадратов Ньютона приходит закон обратных кубов. В 1917 году Пол Эренфест, близкий сотрудник Эйнштейна, размышлял о том, какой была бы физика в четырех измерениях. Он проанализировал уравнение, называемое уравнением Пуассона-Лапласа (которое управляет движением планетарных объектов, а также электрическими зарядами в атомах), и обнаружил, что орбиты теряют свою устойчивость в четырех и более пространственных измерениях. Поскольку электроны, подобно планетам, испытывают беспорядочные столкновения, это означает, что атомы и солнечные системы, вероятно, не могут существовать в большем количестве измерений. Иными словами, трехмерный случай — особый.

С точки зрения Риса, антропный принцип является одним из наиболее убедительных аргументов в пользу существования Мультивселенной. Точно так же как существование зон обитания для Земли предполагает существование экстрасолнечных планет, существование зон обитания для вселенной предполагает существование параллельных вселенных. Рис комментирует это так: «Если есть большой ассортимент одежды, то никак не удивительно обнаружить в нем подходящий костюм. Если существует много вселенных, каждая из которых управляется различным набором величин, то будет и одна, где есть особый набор величин, пригодный для жизни. И мы находимся именно в ней». Иными словами, вселенная такова, какая она есть, благодаря закону больших величин, действующему среди многих вселенных Мультивселенной, а вовсе не благодаря некоему великому проекту.

Вайнберг, похоже, с этим согласен. В сущности, он считает идею Мультивселенной довольно интересной пищей для размышления. Ему никогда не нравилась та идея, что время внезапно могло начать свое существование в момент Большого Взрыва и что до этого момента времени просто не существовало. В Мультивселенной же происходит вечное создание вселенных.

Существует еще одна, несколько необычная причина, по которой Рис предпочитает идею Мультивселенной. Он считает, что вселенная содержит в себе небольшое количество «безобразия». К примеру, земная орбита несколько эллиптична. Если бы она была идеально круговой, то можно было бы заявить, подобно теологам, что Земля представляет собой побочный продукт божественного вмешательства. Но орбита имеет слегка эллиптическую форму, что указывает на некоторое количество беспорядочности в пределах диапазонов зон обитания. Подобным образом и космологическая константа не полностью равна нулю, но весьма мала, что указывает на то, что наша вселенная «является не более особенной, чем того требует наше присутствие». Все это не противоречит тому, что наша вселенная была создана случайно. Эволюция вселенных

Будучи скорее астрономом, нежели философом, Рис говорит о том, что все эти теории должны подлежать проверке. В сущности, именно по этой причине он предпочитает идею Мультивселенной среди соперничающих мистических теорий. Рис считает, что теорию Мультивселенной можно будет проверить в течение ближайших двадцати лет.

Один из вариантов теории Мультивселенной действительно можно проверить уже сейчас. Физик Ли Смолин идет еще дальше Риса и предполагает, что имела место «эволюция» вселенных, аналогичная эволюции Дарвина, которая в конечном счете привела к образованию таких вселенных, как наша. К примеру, в теории беспорядочной инфляции «дочерние» вселенные характеризуются физическими константами, несколько отличными от констант вселенной-матери. Если вселенные могут возникать из черных дыр, то, по мнению некоторых физиков, доминирующими вселенными в Мультивселенной будут вселенные с наибольшим количеством черных дыр. Это означает, что, как и в животном царстве, вселенные, дающие начало наибольшему количеству «детей», в конечном счете становятся доминирующими распространяют свою «генетическую информацию» — физические константы природы. Если это верно, то у нашей вселенной в прошлом могло быть бесчисленное множество предков-вселенных, а сама она является побочным продуктом триллионов лет естественного отбора. Иными словами, наша вселенная является побочным продуктом выживания наиболее приспособленных, что означает, что она — дитя вселенных с наибольшим количеством черных дыр.

Хотя дарвиновская эволюция вселенных является необычной и оригинальной идеей, Смолин считает, что ее можно проверить путем простого подсчета количества черных дыр. Наша вселенная должна быть максимально благоприятной для создания черных дыр. (Однако еще предстоит доказать, что вселенные с наибольшим количеством черных дыр благоприятны для жизни, как наша.)

Поскольку эту идею можно проверить, можно рассмотреть и контрпримеры. Например, можно показать, гипотетически настроив физические параметры вселенной, что черные дыры наиболее активно рождаются в безжизненных вселенных. К примеру, быть может, можно было бы показать, что во вселенной, где ядерное взаимодействие было бы намного более сильным, звезды выгорели бы чрезвычайно быстро, в результате чего образовалось бы большое количество сверхновых, которые затем схлопнулись бы в черные дыры. В такой вселенной более высокий уровень ядерного взаимодействия означает, что жизнь звезд длится в течение краткого промежутка времени, а отсюда следует, что зарождение жизни невозможно. Но в такой вселенной также могло бы быть намного больше черных дыр, что опровергает теорию Смолина. Преимущество этой теории состоит в том, что ее можно проверить, воспроизвести или опровергнуть (признак любой по-настоящему научной теории). Время покажет, выстоит она или нет.

Хотя любая теория, включающая в себя порталы-червоточины, суперструны и дополнительные высшие измерения, лежит за пределами наших экспериментальных возможностей, сейчас проводятся и планируются новые эксперименты, при помощи которых можно будет определить истинность этих теорий. Мы сейчас находимся в самом разгаре переворота в экспериментальной науке, и вся мощь спутников, космических телескопов, детекторов гравитационных волн и лазеров привлекается для решения этих вопросов. Богатый урожай, принесенный этими экспериментами, вполне мог бы разрешить некоторые из глубочайших вопросов космологии.

<p>ГЛАВА 9 <p>В поисках эхо-сигналов из одиннадцатого измерения

Серьезные заявления требуют серьезных доказательств.

Карл Саган

Какое бы глубокое впечатление ни производили параллельные вселенные, порталы в другие измерения, да и сами дополнительные высшие измерения, все же требуются неопровержимые доказательства их существования. Как отмечает астроном Кен Кросвелл, «Другие вселенные — словно хмельной напиток дальних стран: о них можно говорить все, что захочешь, безо всякого опровержения, поскольку астрономы их так и не видят». Раньше проверка многих из этих прогнозов считалась безнадежным предприятием в условиях примитивности нашей экспериментальной техники. Однако последние достижения в области компьютерной, лазерной и спутниковой технологий подвели многие из этих теорий соблазнительно близко к экспериментальной проверке.

Прямая проверка этих теорий может оказаться чересчур сложной, однако косвенная проверка может оказаться в пределах нашей досягаемости. Иногда мы забываем, что астрономия во многом основана на косвенных методах. К примеру, никто никогда не был на Солнце или других звездах, однако же нам известно, из чего состоят звезды, а выяснили мы это при помощи света, испускаемого этими светящимися объектами. Анализируя оптический спектр звездного света, мы узнали, что звезды состоят в основном из водорода и некоторого количества гелия. Подобным образом, никто никогда не видел черной дыры: в сущности, черные дыры невидимы и их нельзя наблюдать непосредственно. Однако мы можем получить косвенное доказательство их существования путем поисков аккреционных дисков и вычисления массы этих мертвых звезд.

Во всех этих экспериментах мы ведем поиски «эхо-сигналов», исходящих от звезд и черных дыр, с целью определить их природу. Подобным образом и одиннадцатое измерение может находиться вне нашей прямой досягаемости, но новые революционные инструменты, имеющиеся в нашем распоряжении, делают реальными потенциальные способы проверки теории инфляционного расширения и теории суперструн. GPS и теория относительности

Простейшим примером переворота в исследованиях теории относительности, произведенного спутниками, является Глобальная система навигации и определения положения (англ. Global Positioning System, или GPS), 24 спутника которой беспрерывно вращаются вокруг Земли, испуская точные синхронизированные сигналы, которые позволяют определить положение объекта с невероятной точностью. Эта глобальная система стала незаменимым элементом в навигации, торговле, а также при проведении военных действий. Все — от компьютеризованных карт в автомобилях до крылатых ракет — основано на возможности синхронизации сигналов с точностью до 50 миллиардных долей секунды для определения положения объекта на Земле с точностью до 14 метров. Но для того, чтобы обеспечить столь высокую точность, ученым необходимо вычислить небольшие поправки к законам Ньютона согласно теории относительности, которая утверждает, что при движении спутников произойдет небольшое смещение частоты радиоволн. В сущности, если мы неосмотрительно пренебрежем поправками согласно теории относительности, то часы на спутниках глобальной системы будут спешить на 40 миллионных долей секунды в день и на данные системы полагаться будет нельзя. Таким образом, теория относительности асолютно необходима для торговли и военных. Физику Клиффорду Уиллу как-то довелось провести инструктаж генерала ВВС США на тему необходимых поправок для глобальной системы навигации и определения положения, исходящих из теории относительности Эйнштейна. Позднее Уилл заметил, что теория относительности достигла стадии зрелости, раз уже даже высшие офицеры Пентагона нуждаются в инструктаже по теории относительности. Детекторы гравитационных волн

До сих пор все, что известно об астрономии, приходило к нам в форме электромагнитного излучения, будь это звездный свет, радио- или микроволновые сигналы из глубин космоса. Сегодня ученые вводят первое новое средство для научных открытий, а именно гравитацию. «Каждый раз, как мы смотрели на небо по-новому, мы видели новую вселенную», — говорит Гари Сандерс из Калифорнийского технологического института, заместитель директора проекта гравитационных волн.

Впервые о гравитационных волнах заговорил Эйнштейн в 1916 году. Представьте, что случилось бы, если бы Солнце исчезло, Припоминаете аналогию шара для игры в боулинг, утопающего в матрасе? Или еще лучше — в батуте? Если этот шар внезапно убрать, то батут немедленно возвратится в свое первоначальное состояние, что создаст волны, бегущие вовне по батуту. Если шар для боулинга заменить Солнцем, то мы увидим, что гравитационные волны движутся с определенной скоростью, а именно со скоростью света.

Хотя позднее Эйнштейн нашел точное решение для своих уравнений, допускавших существование гравитационных волн, он отчаялся увидеть при жизни подтверждение своего прогноза, Гравитационные волны чрезвычайно слабы. Даже ударные взрывные волны, образующиеся при столкновениях звезд, недостаточно сильны, чтобы их можно было измерить в ходе проводимых в настоящее время экспериментов.

Пока что существование волн гравитации подтверждено лишь косвенно. Два физика, Рассел Хале и Джозеф Тейлор мл., выдвинули следующую гипотезу: если изучить двойные звездные системы, в которых вращающиеся звезды движутся одна за другой в космическом пространстве, то окажется, что каждая звезда испускает поток гравитационных волн, похожих на волны, образующиеся при размешивании патоки. При этом орбита обеих звезд постепенно становится все меньше и меньше. Эти ученые изучили смертельную спираль двух нейтронных звезд, постепенно приближающихся друг к другу. Объектом их исследования стала двойная система нейтронных звезд PSR 1913+16, которая находится на расстоянии около 16000 световых лет от Земли. Звезды этой системы совершают полный виток одна вокруг другой за 7 часов 45 минут, и в этом процессе в космическое пространство испускаются волны гравитации.

Применив теорию Эйнштейна, эти ученые обнаружили, что две рассматриваемые звезды должны сближаться друг с другом на один миллиметр за каждый полный виток. Хотя такое расстояние фантастически мало, в год оно увеличивается почти до метра, в то время как орбита в 700 000 км медленно уменьшается в размерах. Эта новаторская работа показала, что уменьшение орбиты в точности соответствует предсказаниям теории Эйнштейна на основе гравитационных волн. (В сущности, уравнения Эйнштейна предсказывают, что звезды в конце концов столкнутся через 240 миллионов лет вследствие потери энергии, испускаемой в космос в виде гравитационных волн.) За свою работу Рассел Хале и Джозеф Тейлор мл. получили Нобелевскую премию по физике в 1993 году.

Мы можем также пойти в обратном направлении и использовать этот точный эксперимент, чтобы измерить, насколько точна сама общая теория относительности. При проведении вычислений в обратном порядке выясняется, что общая теория относительности верна как минимум на 99,7 %. LIGO — лазерная обсерватория-интерферометр гравитационных волн

Чтобы получить полезную информацию о ранней вселенной, необходимы прямые наблюдения гравитационных волн. В 2003 году первый действующий детектор гравитационных волн LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, или лазерная обсерватория-интерферометр гравитационных волн) наконец был запущен, реализовав тем самым давнюю мечту прощупать тайны вселенной посредством гравитационных волн. Целью детектора LIGO является регистрация космических событий, которые происходят слишком далеко или имеют слишком маленькие масштабы, чтобы их можно было наблюдать при помощи наземных телескопов. Это, скажем, такие события, как столкновения черных дыр или нейтронных звезд.

Обсерватория LIGO состоит из двух гигантских лазерных установок, одна из которых расположена в Хэнфорде (штат Вашингтон), а другая в Ливингстоне (штат Луизиана). Каждая из установок снабжена двумя трубами по 4 км длиной каждая, которые образуют гигантскую букву L. Внутри каждой трубы включается лазер. В углу буквы L оба лазерных луча сталкиваются, и происходит интерференция их волн. Обычно в отсутствие каких-либо возмущений две волны синхронизируются и взаимоуничтожаются. Но если в устройство попадает даже малейшая гравиволна, образовавшаяся при столкновении черных дыр или нейтронных звезд, то одно плечо уменьшается или увеличивается иным образом, нежели второе. Такого возмущения достаточно, чтобы разрушить хрупкий баланс двух лазерных лучей — они не взаимоуничтожаются, а создают характерную картину интерференции волн, которую можно подвергнуть детальному компьютерному анализу. Чем больше гравитационная волна, тем больше несовпадение между двумя лазерными лучами и тем больше интерференция.

Обсерватория LIGO являет собой чудо техники. Поскольку молекулы воздуха могут поглощать свет лазеров, трубку, по которой проходит свет, вакуумируют до давления в одну триллионную часть атмосферы. Каждый детектор занимает около 8,4 м3 пространства, что означает, что в обсерватории LIGO находится самый большой объем искусственного вакуума в мире. Особая чувствительность LIGO объясняется, в частности, конструкцией зеркал, управляемых крошечными магнитами размером с муравья, которых всего шесть. Зеркала так отполированы, что точность их составляет до одной тридцатимиллиардной доли дюйма. «Представьте, что Земля была бы настолько гладкой. Тогда средняя гора возвышалась бы не более, чем на дюйм (ок. 2,5 см)», — говорит Гарилинн Биллингсли, в обязанности которой входит контроль зеркал. Конструкция этих зеркал настолько тонка, что их можно сдвигать менее чем на микрон, что делает их, вероятно, самыми чувствительными зеркалами в мире. «У большинства инженеров, занимающихся системами контроля и управления, просто отвисает челюсть, когда они слышат о том, что мы пытаемся сделать», — говорит Майкл Цукер, ученый, принимающий участие в проекте LIGO.

Поскольку детектор LIGO столь тонко сбалансирован, иногда его работе мешают крошечные вибрации, идущие от самых нежелательных источников. К примеру, установку LIGO в Луизиане нельзя запускать днем из-за лесорубов, которые валят деревья в полукилометре от детектора. (Детектор LIGO настолько чувствителен, что его нельзя было бы запускать в течение дня даже в том случае, если рубка леса проходила бы на расстоянии полутора километров.) Даже ночью вибрации, источником которых являются товарные составы, проходящие в полночь и в шесть часов утра, ограничивают продолжительность непрерывной работы детектора LIGO.

Даже столь слабое явление, как волны, бьющие о берег на расстоянии нескольких километров от установки, может повлиять на результаты. Волны океана бьют о берег Северной Америки в среднем каждые шесть секунд, создавая низкий гул, который может быть зафиксирован лазерами. Частота этого шума настолько низка, что он, в сущности, может распространяться прямо сквозь землю. «Это похоже на рокот, — так комментирует этот шум Цукер. — В сезон ураганов в Луизиане это становится просто кошмаром». Кроме того, на детектор LIGO оказывают влияние приливы, создаваемые гравитацией Луны и Земли, что создает возмущение в несколько миллионных долей дюйма.

Для того чтобы исключить эти невероятно малые возмущения, инженеры детектора LIGO предприняли чрезвычайные меры для обеспечения изоляции установки. Каждая лазерная система покоится на вершине четырех огромных платформ из нержавеющей стали, расположенных одна поверх другой; каждый уровень разделен рессорами для погашения всех вибраций. Каждый оптический инструмент снабжен своей собственной системой сейсмической изоляции; цементный пол в 75 сантиметров толщиной не соединен со стенами.

Детектор LIGO представляет собой часть интернационального консорциума, в который также входят французско-итальянский детектор под названием VIRGO в Пизе (Италия), японский детектор TAMA, расположенный за пределами Токио, а также британско-немецкий детектор GEO600 в Ганновере (Германия). В целом, общая стоимость постройки детектора LIGO обойдется в 292 млн долларов (плюс 80 млн долларов на пуско-наладочные работы и модернизацию), что делает его самым дорогим проектом из когда-либо финансировавшихся Национальным научным фондом.

Однако, даже несмотря на такую чувствительность детектора, многие ученые признают, что LIGO, возможно, не обладает достаточной чувствительностью для улавливания действительно интересных событий за время своей работы. Следующая модернизация установки, LIGO II, намечается на 2007 год (при условии получения финансирования). Если детектор LIGO не уловит гравитационных волн, то смело можно ставить на то, что это получится у LIGO П. Ученый, принимающий участие в проекте LIGO, Кеннет Либбрехт, заявляет, что LIGO II увеличит чувствительность оборудования в тысячу раз: «Вы переходите от [улавливания] одного события раз в 10 лет, что довольно мучительно, к одному событию в три дня, что уже приятно».

Чтобы детектор LIGO уловил сигнал от столкновения двух черных дыр (на расстоянии до 300 млн световых лет), ученым пришлось бы ждать от года до тысячи лет. Многие астрономы, возможно, сомневаются в целесообразности изучения подобных событий при помощи детектора LIGO, если это означает, что свидетелями этого события станут их пра-пра-пра… правнуки. Но как выразился один из участников проекта LIGO Питер Солсон: «Людям нравится решать эти технически сложные задачи подобно тому, как строители средневековых соборов продолжали свою работу, зная, что они, возможно, не увидят оконченной церкви. Но если бы не существовало такой большой вероятности увидеть гравитационные волны в течение моей жиизни, то я бы не работал в этой области. Это не просто Нобелевская лихорадка… Характерным отличием нашей работы является степень точности, к которой мы стремимся; если вы работаете таким образом, то вы двигаетесь в правильном направлении». Вероятность обнаружения поистине интересного события в течение нашей жизни будет намного выше при использовании детектора LIGO П. LIGO II, возможно, обнаружит сталкивающиеся черные дыры на расстояниях до б миллиардов световых лет с частотой от десяти в день до десяти в год.

Однако даже детектор LIGO II не будет обладать достаточной чувствительностью для обнаружения гравитационных волн, испускаемых в момент его создания. Для этого нам придется подождать еще 15–20 лет до запуска космической лазерной антенны-интерферометра LISA. Детектор гравитационных волн LISA

LISA (Laser Interferometry Space Antenna, или космическая лазерная антенна-интерферометр) представляет собой следующее поколение детекторов гравитационных волн. В отличие от детектора LIGO он будет базироваться в открытом космосе. Около 2010 года НАСА совместно с Европейским управлением космических исследований планирует запуск трех спутников, которые будут выведены на солнечную орбиту на расстоянии почти в 50 млн км от Земли. Три лазерных детектора образуют в космосе равносторонний треугольник (со стороной в 5 млн километров). Каждый спутник будет оснащен двумя лазерами, которые обеспечат непрерывный контакт с двумя другими спутниками. Хотя мощность испускаемых лазерами лучей будет составлять всего лишь 0,5 Вт, оптическое оборудование спутников настолько чувствительно, что оно сможет улавливать вибрации, исходящие от гравитационных волн с точностью до 10~21 (что соответствует смещению на одну сотую размера одного атома). LISA должна уловить гравитационные волны от источников, находящихся на расстоянии до 9 млрд световых лет от нас, охватывая таким образом большую часть видимой вселенной.

Антенна-интерферометр LISA будет настолько точна, что, возможно, зафиксирует первоначальные ударные волны самого Большого Взрыва. Это представит нам наиболее точную картину момента сотворения. Если все будет идти по плану,[8] то LISA сможет заглянуть в первую триллионную долю секунды после Большого Взрыва, что, вероятно, сделает ее самым мощным инструментом для космологических исследований. Считается, что LISA сможет представить первые экспериментальные данные относительно точной природы единой теории поля, теории всего.

Одной из важных целей антенны-интерферометра LISA является представление неоспоримого доказательства, «дымящегося ружья» для теории инфляционного расширения вселенной. До сих пор теория инфляции вписывается во все космологические данные (плоскость, флуктуации в космическом фоне и так далее). Но это не означает, что данная теория верна. Чтобы окончательно решить этот вопрос, ученые хотят изучить гравитационные волны, пущенные в самом процессе инфляционного расширения. «Отпечаток пальца» гравитационных волн, образовавшихся в момент Большого Взрыва, должен показать разницу между теорией инфляционного расширения и любой другой конкурирующей теорией. Некоторые ученые, к примеру Кип Торн из Калифорнийского технологического института, считают, что LISA сможет установить, является ли правильной хотя бы одна из вариаций струнной теории. Как я уже объяснял в главе 7, согласно теории инфляционного расширения вселенной гравитационные волны, возникающие в результате Большого Взрыва, должны быть довольно интенсивными, чтобы соответствовать стремительному, экспоненциальному расширению молодой вселенной; в то время как экпиротическая модель говорит о более медленном расширении, которое сопровождалось более плавными гравитационными волнами. Антенна-интерферометр LISA должна опровергнуть различные конкурирующие теории Большого Взрыва, а также Водвергнуть серьезному испытанию струнную теорию. Линзы и кольца Эйнштейна

Еще одним мощным средством исследования космоса могут служить гравитационные линзы и «кольца Эйнштейна». Уже в 1801 году берлинскому астроному Иоганну Георгу фон Зольднеру удалось вычислить возможное преломление звездного света солнечной гравитацией (хотя, поскольку Зольднер использовал исключительно законы ньютоновской механики, его результат был ошибочным и вдвое отличался от правильного. Эйнштейн написал: «Половина этого преломления вызвана ньютоновским полем притяжения Солнца, а вторая половина- геометрической трансформацией [ «искривлением»] пространства, вызываемой Солнцем»).

В 1912 году, еще до окончания последней версии общей теории Относительности, Эйнштейн задумывался о возможности использования этого преломления в качестве «линзы» подобно тому, как стекла ваших очков преломляют свет перед тем, как он достигнет ваших глаз. В 1936 году чешский инженер Руди Мандл написал Эйнштейну письмо, в котором спрашивал, может ли гравитационная линза преломлять свет, исходящий от близлежащей звезды. Ответ был утвердительным, но уловить такое преломление не представлялось возможным из-за несовершенства технологий того времени.

В частности, Эйнштейн понял, что мы бы увидели оптические иллюзии, такие, как двойные изображения самого объекта или кольцеобразное искажение света. Свет из очень далекой галактики, проходя, к примеру, мимо нашего Солнца, прошел бы слева и справа от него, прежде чем лучи соединились бы снова и достигли наших глаз. Когда мы вглядываемся в далекие галактики, мы наблюдаем кольцеобразные картины, оптические иллюзии, вызванные действием, которое объясняет общая теория относительности. Эйнштейн сделал вывод о том, что было «не много надежды на прямое наблюдение этого явления». В сущности, он написал о том, что эта работа «не имеет большой ценности, но доставляет радость бедняге [Мандлу]».

Больше чем через 40 лет, в 1979 году, Деннис Уолш из обсерватории Джодрелл-Бэнк получил первое частичное доказательство лин-зирования: он открыл двойной квазар Q0957+561. В 1988 году кольцо Эйнштейна впервые наблюдалось из источника радиоизлучения MG1131+0456. В 1997 году Космический телескоп Хаббла и сеть радиотелескопов MERLIN в Великобритании при изучении далекой галактики 1938+666 уловили первое кольцо Эйнштейна совершенно правильной формы, что в очередной раз подтвердило теорию великого ученого. (Это кольцо совсем крошечное, всего лишь в одну угловую секунду, то есть размером с маленькую монетку, наблюдаемую с расстояния в три километра.) Астрономы так описывают восторг, охвативший их при виде этого исторического события: «Сначала кольцо выглядело довольно искусственно и мы подумали, что это какой-то дефект изображения, но потом мы поняли, что перед нами кольцо Эйнштейна совершенно правильной формы!» — сказал Иен Браун из Манчестерского университета. Сегодня кольца Эйнштейна являются важным инструментом в арсенале астрофизиков. В открытом космосе было обнаружено около 64 двойных, тройных и других кратных квазаров (миражей, вызванных гравитационным линзированием Эйнштейна), что приблизительно составляет пятисотую часть всех известных квазаров.

Даже такие невидимые формы вещества, как темное вещество, можно наблюдать при помощи создаваемого ими преломления света. Таким способом можно получить «карты», на которых показано распределение темного вещества во вселенной. Поскольку гравитационное линзирование Эйнштейна преломляет свет больших галактических скоплений скорее в дуги (нежели в кольца), представляется зможным оценить концентрацию темного вещества в этих скоплениях. В 1986 году астрономы Национальной оптической астрономической обсерватории Стэнфордского университета и Обсерватории Пик-дю-Миди во Франции наблюдали первые гигантские галактические дуги. С тех пор было обнаружено около сотни галактических дуг, наиболее впечатляющей из которых является Абель 2218.

Линзы Эйнштейна можно также использовать в качестве объеквного метода измерения количества массивных компактных объектов гало (МАСНО) во вселенной (которые состоят из обычного щества, такого, как мертвые звезды, коричневые карлики и пылевые блака). В 1986 году Богдан Пачински из Принстона понял, что в кучае, если массивные компактные объекты гало проходят перед здой, они тем самым увеличивают ее яркость и создают второе ее ображение.

В начале 1990-х годов несколько групп ученых (в частности, французкая группа EROS, американо-австралийская группа МАСНО и польско-американская группа OGLE) воспользовались этим методом для изучения центра Галактики Млечный Путь и обнаружили более пятисот микролинзовых событий (этот результат превзошел ожидания, поскольку некоторое количество этого вещества состояло из звезд с малой массой и неистинных массивных компактных объектов гало). Этот же метод может применяться для обнаружения экстрасолнечных планет, вращающихся вокруг других звезд. Поскольку планета оказывала бы очень малое, но измеримое гравитационное воздействие на свет материнской звезды, линзирование Эйнштейна принципе могло бы их обнаружить. При помощи этого метода уже было выявлено небольшое количество кандидатов в экстрасолнечные планеты, некоторые из них располагаются у центра Млечного Пути.

При помощи линз Эйнштейна можно измерить даже постоянную Хаббла и космологическую константу. Постоянная Хаббла измеряется путем тщательного наблюдения. Квазары становятся ярче и тускнеют с течением времени. Можно было бы ожидать, что двойные квазары, будучи изображениями одного и того же объекта, мерцали бы в унисон. Используя имеющиеся данные о распределении вещества во вселенной, астрономы могут вычислить долю задержки во времени, потребовавшемся свету, чтобы достичь Земли. Измерив отставание во времени, когда двойные квазары становятся ярче, можно определить, на каком расстоянии от Земли они находятся. Зная же их красное смещение, можно вычислить постоянную Хаббла. (Именно такой метод был использован применительно к квазару Q0957+561, расстояние до которого оказалось равно приблизительно 14 млрд световых лет от Земли. С тех пор постоянная Хаббла была определена путем изучения семи других квазаров. В пределах погрешности полученные при таком изучении результаты совпали с уже имеющимися данными. Интересным отличием этого метода является то, что он совершенно не зависит от яркости звезд (таких, как цефеиды и сверхновые типа 1а), что подчеркивает объективность полученных результатов.)

Этим способом можно измерить и космологическую константу, в которой, возможно, заключен ключ к будущему нашей вселенной. Такой способ вычисления немного неточен, но в принципе, результаты совпадают с данными, полученными при применении других методов. Поскольку миллиарды лет тому назад суммарный объем вселенной был меньше, вероятность обнаружения квазаров, образующих линзу Эйнштейна, в прошлом также была большей. Таким образом, определив количество двойных квазаров на различных этапах эволюции вселенной, можно вычислить приблизительный объем вселенной, а отсюда — космологическую константу, которая движет расширением вселенной. В 1998 году астрономы из Гарвард- Смитсоновского астрофизического центра осуществили первое приблизительное вычисление космологической константы и пришли к выводу, что она, вероятно, составляет не более 62 % от суммарного содержимого вещества/энергии вселенной. (Действительный результат, полученный при помощи спутника WMAP, составляет 73 %.) Темное вещество у вас в гостиной

Если вселенная заполнена темным веществом, то оно существует не только в холодном космическом вакууме. В сущности, темное вещество можно также обнаружить и у вас в гостиной. Сегодня несколько исследовательских групп соревнуются за первенство в поимке частицы темного вещества в лаборатории. Ставки высоки: ученые той группы, которой удастся поймать частицу темного вещества, проносящуюся сквозь детектор, окажутся первыми, кто открыл новую форму вещества за две тысячи лет.

Основная идея этих экспериментов заключается в следующем: необходим большой кусок чистого материала (такого, как йодид натрия, оксид алюминия, фреон, германий или кремний), в котором может происходить взаимодействие частиц темного вещества. Время от времени частица темного вещества может сталкиваться с ядром атома, создавая характерную картину распада. Фотографируя следы частиц, участвующих в этом распаде, ученые смогут подтвердить присутствие темного вещества.

Экспериментаторы полны сдержанного оптимизма, поскольку находящееся в их распоряжении чувствительное оборудование предоставляет им наилучшую возможность для наблюдения темного вещества. Наша Солнечная система вращается по орбите вокруг черной дыры в центре Галактики Млечный Путь со скоростью 220 километров в секунду. В результате этого наша планета проходит сквозь значительное количество темного вещества. Согласно расчетам физиков, миллиард частиц темного вещества в секунду пролетает сквозь каждый квадратный метр нашего мира, в том числе сквозь наши тела.

Хотя мы живем в «ветре темного вещества», дующем сквозь нашу Солнечную систему, лабораторные эксперименты по обнаружению темного вещества чрезвычайно сложны из-за того, что частицы темного вещества вступают в столь слабое взаимодействие с обычным веществом. Так, ученые ожидают за год обнаружить от 0,01 до 10 событий, происходящих в килограмме материала, наблюдающегося в лаборатории. Иными словами, пришлось бы многие годы внимательно наблюдать за большими количествами материала, чтобы увидеть события, имеющие отношение к столкновениям темного вещества.

До сих пор в ходе таких экспериментов, как UKDMC в Великобритании, ROSEBUD в Канфранке (Испания), HIE в Рустреле (Франция) и Edelweiss в городе Фрежус (Франция), подобных событий обнаружено не было. Эксперимент под названием 111 (ot Dark Matter- «темное вещество»), проводившийся неподалеку от Рима, вызвал шумиху в 1999 году, когда ученые заявили, что наблюдали частицы темного вещества. Поскольку в детекторе DAMA используется 100 килограммов йодида натрия, он является самым большим в мире. Однако попытки воспроизвести тот же результат при помощи других детекторов не увенчались успехом — не было обнаружено ничего; и это бросило тень сомнения на данные, полученные в ходе эксперимента DAMA.

Физик Дэвид Б. Клайн замечает: «Если детекторы уловят и подтвердят сигнал, то это станет одним из крупнейших достижений двадцать первого столетия… Вскоре может разрешиться величайшая загадка современной астрофизики».

Если надежды физиков оправдаются и темное вещество вскоре будет обнаружено, то оно может представить доказательство в пользу суперсимметрии (а вероятно, с течением времени и в пользу теории суперструн) без использования ускорителей частиц. SUSY — суперсимметричное темное вещество

Беглый взгляд на частицы, существование которых предсказывает супер симметрия, показывает, что есть несколько потенциальных претендентов на объяснение тайны темного вещества. Одним из них является нейтралино, семейство частиц, куда входит суперпартнер фотона. С теоретической точки зрения нейтралино, кажется, соответствует имеющимся данным. Нейтралино не только имеет нейтральный заряд, а потому невидимо, — оно также массивно (а потому на него воздействует только гравитация), а кроме того, оно стабильно. (Такая ситуация складывается потому, что нейтралино обладает наименьшей массой из всех частиц семейства, к которому оно принадлежит, а потому оно не может распадаться до каких-то более легких частиц). И наконец, последним и, вероятно, важнейшим моментом является то, что во вселенной должно быть полно ней-гралино, что делает их идеальными претендентами на роль темного вещества.

У нейтралино есть одно веское преимущество: они, возможно, способны разрешить загадку, почему темное вещество составляет Ј3 % вещественно-энергетического содержимого вселенной, в то даремя как водород и гелий отвечают лишь за какие-то жалкие 4 %.

Вспомним о том, что когда Вселенной было 380 ООО лет, температура продолжала снижаться до тех пор, пока атомы уже не разрывало на части при столкновениях, вызванных невероятным жаром Большого Взрыва. В то время изначальный огненный шар начал остывать, конденсироваться и образовывать устойчивые целые атомы. Общее количество атомов восходит приблизительно к тому временному отрезку. Вывод таков: относительное содержание вещества во Вселенной складывалось в то время, когда Вселенная достаточно остыла, чтобы это вещество могло стать стабильным.

Этот же самый аргумент можно использовать при подсчете относительного содержания нейтралино. Сразу после Большого Взрыва температура была настолько высока, что даже нейтралино уничтожались при столкновениях. Однако по мере остывания Вселенной, некоторое время спустя, температура снизилась достаточно, чтобы стало возможным образование нейтралино без их последующего уничтожения. Относительное содержание нейтралино во Вселенной надо искать именно в той ранней эпохе. Осуществляя это вычисление, мы обнаруживаем, что относительное содержание нейтралино намного выше содержания атомов и, в сущности, приблизительно соответствует процентному содержанию темного вещества в настоящее время. Таким образом, суперсимметричные частицы могут объяснить, почему настолько высоко относительное содержание темного вещества во Вселенной. Слоановский обзор неба

Хотя многие из достижений двадцать первого столетия будут заключаться в усовершенствовании оборудования, такого, как спутники, это вовсе не означает, что прекратятся работы с оптическими телескопами и радиотелескопами, базирующимися на Земле. В сущности,

благодаря цифровому перевороту произошли изменения в использовании оптических телескопов и радиотелескопов; стал возможен статистический анализ сотен тысяч галактик. Сегодня благодаря этой новой технологии телескопы переживают второе рождение.

На протяжении всей истории астрономы воевали за то ограниченное время, которое им разрешалось проводить за наблюдениями у объективов величайших телескопов мира. Они ревностно отстаивали драгоценные часы, отведенные им на наблюдения, проводя долгие ночные часы за работой в холодных сырых помещениях. Этот устаревший способ наблюдения был чрезвычайно неэффективен и часто служил причиной ожесточенных споров среди астрономов, которые чувствовали себя ущемленными со стороны «верхушки», монополизировавшей время работы за телескопами. С появлением Интернета и высокоскоростных компьютеров такая ситуация меняется.

Сегодня многие телескопы полностью автоматизированы; их работой могут управлять астрономы с различных континентов, находящиеся за тысячи миль от самих телескопов. Результаты этих сложных звездных обзоров могут быть оцифрованы и размещены в Интернете, где полученные данные можно подвергнуть обработке с помощью суперкомпьютеров. Одним из примеров применения этого цифрового метода может служить SETI(S›home, проект, размещенный в Калифорнийском университете в Беркли и предназначенный для изучения сигналов, несущих признаки внеземного разума. Большое количество данных, полученных радиотелескопом Аресибо в Пуэрто-Рико, разбивается на маленькие части и через Интернет отсылается на персональные компьютеры по всему миру. Преимущественно эти данные попадают клюбителям, непрофессионалам. Программа, выполненная в форме скринсейвера, анализирует данные на предмет сигналов внеземного разума в те моменты, когда компьютер не задействуется пользователем. При помощи этого метода данная исследовательская группа создала величайшую компьютерную сеть в мире, связыпающую около 5 миллионов персональных компьютеров во всех уголках земного шара.

Наиболее выдающимся примером современного исследования Вселенной при помощи цифровыхтехнологий является Слоановский обзор неба — наиболее амбициозный из всех, когда-либо имевших место. Подобно проведенному ранее Паломарскому обзору неба, при котором использовались фотопластинки старого образца, хранившиеся в громоздких стопках, Слоановский обзор неба ставит целью создание точной карты небесных объектов. При помощи данного обзора удалось построить трехмерные карты далеких галактик впяти цветах, включая красное смещение более миллиона галактик.

Результатом Слоановского обзора неба является крупномасштабная карта строения Вселенной, в несколько сотен раз превосходящая все предыдущие. На карте будет в мельчайших деталях представлена четверть всего небосвода, а также определено положение и яркость 100 миллионов небесных объектов. Кроме того, в результате этого обзора будет определено расстояние до миллиона с лишним галактик и около 100 тысяч квазаров. Итоговое количество информации, выясненной входе Слоановского обзора, составит 15 терабайт (триллион байт), что вполне может соперничать с количеством информации в Библиотеке Конгресса.

Сердцем Слоановского обзора является 2,5-метровый телескоп на юге штата Нью-Мексико, к которому подсоединена одна из лучших в мире камер. Прибор снабжен тридцатью чувствительными электронными световыми сенсорами, называемыми ПЗС (прибор с зарядовой связью), с площадью 2 квадратных дюйма (ок. 13 см2) каждый, помещенными в вакуум. Каждый сенсор охлажден до -80 °C при помощи жидкого азота и содержит 4 миллиона пикселей. Таким образом, весь свет, улавливаемый телескопом, может быть немедленно оцифрован при помощи ПЗС, после чего данные доступны для компьютерной обработки. Стоимость проекта составляет менее 20 миллионов, долларов, что в сто раз меньше стоимости проекта телескопа Хаббла, но тем не менее при помощи такого обзора создается потрясающая картина Вселенной.

Итак, некоторые из оцифрованных данных выкладываются в Интернет с тем, чтобы астрономы по всему миру могли изучить их. Таким образом можно задействовать интеллектуальный потенциал ученых всего мира. Слишком часто в прошлом у ученых третьего мира не было возможности доступа к последним научным журналам и самым свежим данным, полученным при помощи телескопов. Сегодня благодаря Интернету эти ученые могут загружать данные обзоров неба, читать статьи по мере их появления в Интернете, а также ггубликовать свои статьи во всемирной паутине со скоростью света.

Слоановский обзор уже меняет методы астрономических исследований Полученные при помощи обзора результаты основаны на анализе сотен тысяч галактик, что было совершенно немыслимо всего лишь несколько лет назад. К примеру, в мае 2003 года команда ученых из Испании, Германии и Соединенных Штатов заявила, что они изучили 250 тысяч галактик на предмет доказательства существования темного вещества. Из этого огромного количества они выбрали три тысячи галактик, вокруг которых вращаются звездные скопления Применив законы механики Ньютона для изучения движения этих спутников, они рассчитали количество темного вещества, которое должно окружать центральную галактику. Уже одним этим они опровергли альтернативную теорию (последняя была впервые предложена в 1983 году; она пыталась объяснить звездные орбиты неправильной формы в галактиках путем корректировки самих законов Ньютона: возможно, темного вещества не существует вообще; возможно, своим предполагаемым существованием оно обязано всего лишь ошибке в законах Ньютона Данные обзора ставят эту теорию под сомнение).

В июле 2003 года еще одна команда ученых из Германии и Соединенных Штатов заявила, что они изучили 120 000 близлежащих галактик, используя Слоановский обзор для раскрытия отношений между галакгаками и черными дырами, находящимися в них. Вопрос заключается в следующем: что возникло раньше, черная дыра или галактика, в которой эта черная дыра находится? Результат проведенного исследования показывает, что образование галактик и черных дыр тесно связано и, вероятно, они образовались вместе. Исследование показало, что из 120 000 изученных в ходе обзора галактик целых 20 000 содержат черные дыры, которые продолжают расти (в отличие от черной дыры в Галактике Млечный Путь, которая, кажется, находится в состоянии покоя). Полученные результаты показывают, что галактики, содержащие черные дыры, которые все еще растут в размерах, намного больше Галактики Млечный Путь, а расширяются они путем поглощения относительно холодного газа из галактики Компенсация температурных флуктуации

Еще одним способом возрождения оптических телескопов является использование лазеров для компенсации атмосферного искажения. Звезды мерцают не потому, что они вибрируют, они мерцают главным образом из-за очень малых температурных флуктуации в атмосфере. Это означает, что в открытом космосе, вдали от нашей атмосферы, астронавты видят звезды, сияющие ровным, неизменным светом. Хотя красота ночного неба в большой степени связана с мерцанием звезд, для астрономов это просто кошмар: из-за этого явления снимки небесных тел получаются расплывчатыми (Я помню, как в детстве смотрел на размытые изображения Марса и мне очень хотелось каким-нибудь образом заполучить кристально четкие снимки красной планеты. Если бы только можно было исключить возмущения атмосферы путем перенаправления световых лучей, думал я, то, возможно, разрешилась бы загадка о существовании внеземной жизни.)

Одним из способов компенсировать эту размытость является использование лазеров и высокоскоростных компьютеров для того, чтобы свести на нет это искажение. Б этом методе используется «адаптивная оптика», которую впервые задействовала моя однокурсница по Гарварду Клер Макс из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, а также другие ученые, используя телескоп имени Уильяма Майрона Кека нд Гавайях (самый большой в мире), а также меньший трехметровый телескоп Шейна в Ликской обсерватории в Калифорнии Пустив, например, лазерный луч в открытый космос, можно измерить очень малые температурные флуктуации в атмосфере. Эта информация анализируется при помощи компьютера, который затем несколько корректирует положение зеркала телескопа, что позволяет компенсировать это искажение звездного света Таким путем можно в значительной мере исключить возмущения атмосферы.

Этот метод был с успехом опробован в 1996 году, и с тех пор с его помощью удается получать кристально четкие изображения планет, звезд и галактик. Система пускает в небо свет из настраиваемого лазера на красителе мощностью в 18 Вт. Лазер крепится к трехметровому телескопу, деформируемые зеркала которого настраиваются для компенсации атмосферных искажений. Само изображение улавливается камерой ПЗС и оцифровывается. При весьма скромном бюджете эта система позволяет получать изображения, четкость которых почти не уступает изображениям с космического телескопа Хаббла. При помощи этого метода астрономы получают снимки, на которых можно различить мелкие детали внешних планет и даже вглядеться в самое сердце квазара, что дает новую жизнь технологии оптических телескопов.

Этот метод позволил увеличить разрешение телескопа Кека в десять раз. Обсерватория имени Кека расположена на вершине гавайского спящего вулкана Мауна-Кеа, на высоте в 4201 м над уровнем моря, и состоит из двух телескопов-близнецов, каждый из которых весит 270 тонн. Зеркала имеют диаметр 10 метров (394 дюйма) и состоят из 36 шестиугольников, положение каждого из которых можно непосредственно регулировать при помощи компьютера. В 1999 году система адаптивной оптики была встроена в телескоп Кека П. Система состоит из маленького деформируемого зеркала, которое может менять форму 670 раз в секунду. При помощи этой системы уже удалось сделать снимки звезд, вращающихся вокруг черной дыры в центре нашей Галактики Млечный Путь, снимки поверхности Нептуна и Титана (луны Сатурна) и даже одной экстрасолнечной планеты, которая затмила свою материнскую звезду на расстоянии в 153 световых года от Земли. Свет звезды HD 209458 тускнел в точном соответствии с прогнозами по мере прохождения планеты перед материнской звездой. Соединение радиотелескопов

Компьютерная революция возродила также и радиотелескопы. В прошлом возможности радиотелескопов ограничивались размерами их тарелки. Чем больше была тарелка, тем большее количество радиосигналов из космоса можно было уловить и проанализировать. Однако чем больше тарелка, тем она дороже. Одним из способов решения этой проблемы является соединение нескольких тарелок для того, чтобы получить потенциал улавливания радиосигналов сверхмощного радиотелескопа. (Самым большим радиотелескопом, который можно собрать на Земле, стал бы радиотелескоп размером с саму Землю.) Предыдущие попытки связывания радиотелескопов в Германии, Италии и Соединенных Штатах удались только частично.

Одна из проблем такого метода заключается в том, что сигналы, получаемые с различных радиотелескопов, необходимо четко скомбинировать и затем заложить в компьютер. В прошлом эта задача представлялась невыполнимой. Однако появление Интернета и дешевых высокоскоростных компьютеров позволило существенно снизить затраты. В настоящее время создание радиотелескопов с действительным размером порядка самой планеты Земля уже не является фантастикой.

В Соединенных Штатах самым лучшим аппаратом, в котором применяется интерференционная технология, является сверхдальняя антенная решетка VLBA, которая представляет собой сеть из десяти радиоантенн, расположенных в различных точках: в штатах Нью-Мексико, Аризона, Нью-Гемпшир, Вашингтон, Техас, на Виргинских островах и на Гавайях. Каждая установка решетки VLBA снабжена огромной тарелкой диаметром ок. 25 метров, которая весит 240 тонн и расположена на высоте десятиэтажного здания. На каждой установке радиосигналы скрупулезно записываются на пленку и отправляются в Операционный центр в Сокорро (штат Нью-Мексико), где эти сигналы коррелируются и анализируются. Система была запущена в 1993 году, а стоимость ее составила 85 млн долларов.

С помощью корреляции данных с этих десяти установок мы получаем эффективный гигантский телескоп, размеры которого достигают 8 тысяч километров в ширину и который позволяет получать точнейшие изображения на Земле. Для сравнения можно представить, что вы находитесь в Нью-Йорке и читаете газету, которая сейчас в Лос-Анджелесе. При помощи решетки VLBA уже удалось заснять космические струи и взрывы сверхновых, а также осуществить точнейшие из когда-либо сделанных измерения расстояний до объекта, находящегося за пределами Галактики Млечный Путь.

В будущем даже в оптических телескопах можно будет использовать силу интерферометрии, хотя это представляется довольно сложным, учитывая короткую длину волны света. Существует проект, предполагающий сведение оптических данных с двух телескопов в Обсерватории имени Кека, что позволит создать гигантский телескоп намного большего размера, чем представляет собой каждый из них в отдельности. Измеряем одиннадцатое измерение

Наряду с поисками темного вещества и черных дыр одной из самых интригующих для физиков является загадка дополнительных высших измерений пространства и времени. Одна из наиболее смелых попыток подтверждения существования близлежащей вселенной была совершена в Университете Колорадо (город Боулдер) — Ученые этого университета попытались измерить отклонения от знаменитого закона обратных квадратов Ньютона.

Согласно теории гравитации Ньютона, сила притяжения между любыми двумя телами уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния, разделяющего их. Если мы удвоим расстояние от Земли до Солнца, то сила гравитации снизится в два в квадрате, то есть в четыре раза. Этот результат, в свою очередь, указывает на количество измерений пространства.

До сих пор закон гравитации Ньютона остается верным применительно к космическим расстояниям с большими галактическими скоплениями. Но еще никто не совершил адекватной проверки закона гравитации Ньютона для чрезвычайно малых расстояний — это представлялось чрезвычайно трудным. Поскольку гравитация — взаимодействие чрезвычайно слабое, даже малейшее возмущение может разрушить весь эксперимент. Даже проезжающие мимо машины создают достаточно сильные вибрации, чтобы загубить эксперименты, в ходе которых измеряется гравитационное взаимодействие между малыми объектами.

Физики в Колорадо сконструировали чувствительный прибор под названием «высокочастотный резонатор», который был способен проверить закон гравитации на расстояниях до одной десятой миллиметра. Впервые такие испытания совершались при столь, малых расстояниях. Эксперимент проводился с использованием двух тончайших вольфрамовых пластинок, помещенных в вакуум. Одна из пластинок вибрировала с частотой 1000 циклов в секунду, несколько напоминая трамплин после прыжка. Затем физики начали поиски всех вибраций, передаваемых сквозь вакуум второй пластинке.

Чувствительность аппарата была настолько велика, что он мог определить движение второй пластинки, вызванное одной миллионной ролей веса песчинки. Если и вправду существовало отклонение от закона Ньютона, то должно было быть зафиксировано едва уловимое движение второй пластинки. Однако проведя эксперимент при расстояниях до 108 миллионных долей метра, физики не обнаружили такого отклонения. «Пока Ньютон еще держит свои позиции», — сказал Д. Хойл из Университета Тренто в Италии, который проводил анализ данного эксперимента для журнала «Нэйчер» (Nature).

Итак, полученный результат оказался отрицательным, но он лишь раздразнил аппетит других физиков, которые хотят проверить закон Ньютона на предмет отклонения при расстояниях микроскопического масштаба.

ПроведениеещеодногоэкспериментапланируетсявУниверситете Пердью. Там физики хотят измерить крошечные отклонения от закона Ньютона не на миллиметровом уровне, а в масштабах атома. Они рассчитывают провести такой эксперимент, используя нанотехно-логию для измерения разницы между никелем-58 и никелем-64. Эти два изотопа обладают одинаковыми электрическими и химическими свойствами, но у одного изотопа на б нейтронов больше, чем у второго. В принципе, единственное, в чем различны эти изотопы, — это их вес.

Ученые планируют создать устройство Казимира, состоящее из двух наборов пластинок с нейтральным зарядом, сделанных из этих двух изотопов. Обычно, когда эти пластинки располагают близко друг к другу, ничего не происходит, поскольку они не имеют заряда. Но если их расположить чрезвычайно близко друг к другу, то имеет место эффект Казимира: пластинки слегка притягиваются друг к другу; этот эффект был измерен в лаборатории. Но поскольку наборы параллельных пластинок сделаны из двух различных изотопов, они будут притягиваться друг к Другу с несколько различной силой.

Для того чтобы максимально увеличить эффект Казимира, пластинки должны располагаться очень близко друг к Другу. (Этот эффект обратно пропорционален четвертой степени расстояния. Отсюда следует, что сила эффекта стремительно увеличивается при сближении пластинок.) Физики Университета Пердью воспользуются нанотехнологией для того, чтобы расстояние между пластинками было сравнимо с размерами атома. Ученые используют новейшие микроэлектромеханические торсионные генераторы для измерения крошечных колебаний пластинок. Тогда любое различие между пластинками из никеля-58 и никеля-64 можно приписать действию гравитации. Таким образом, ученые надеются измерить отклонения от законов механики Ньютона на уровне атомарных расстояний. Если при помощи этого гениального устройства им удастся обнаружить отклонения от знаменитого закона обратных квадратов, это может сигнализировать о присутствии вселенной, существующей в дополнительных, более высоких измерениях, которая находится на расстоянии атома от нашей вселенной.

0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|10|11|12|

Rambler's Top100  @Mail.ru HotLog informer pr cy http://ufoseti.org.ua