Смогут ли ученые дать ответ?

Чем глубже человечество погружается в изучение космического пространства, тем больше загадок преподносит нам Вселенная. Причём учёные честно признаются, что не в состоянии разгадать большинство из них. До сих пор нет подтверждения существования тёмной материи и тёмной энергии, а новейшие космические телескопы позволяют астрофизикам объяснить природу миниатюрных чёрных дыр, звёзд-сирот или необычных скоплений галактик. При этом новые открытия не подтверждают, а в ряде случаев опровергают устоявшиеся взгляды на устройство Вселенной. Сложившаяся ситуация ставит учёный мир перед необходимостью искать новые научные гипотезы и ответы на вопросы об устройстве космического пространства. 

«Ось зла» против общей теории относительности

Научные данные, полученные американским космическим зондом «WMAP» в 2005 году, буквально взорвали научный мир планеты сенсационной информацией об обнаружении странной материальной области, которая буквально пронизывает всю Вселенную, формируя ее пространственную модель. По мнению некоторых астрофизиков, это открытие поставило под серьёзное сомнение положения общей теории относительности и общепринятое мнение, что после Большого взрыва Вселенная развивалась хаотично, имея в целом однородную структуру.

Более того, полученные данные дали все основания предположить, что структура Вселенной ориентирована в пространстве вокруг оси. За свою «разрушительную» сущность она получила название: «ось зла». Её существование в корне противоречило и постулатам однородности и изотропности, а также общей теории относительности. Не увязывалась она и с современными представлениями о структуре Вселенной. Необычное открытие буквально шокировало научный мир планеты. 

Научное подтверждение неоднородности и анизотропии Вселенной должно было привести к отказу от современных представлений о Вселенной, пересмотру теории Большого взрыва и общей теории относительности. Под сомнение попал и основной космологический принцип. Его главный постулат о том, что в любой момент времени каждый наблюдатель, где бы он ни находился и в каком бы направлении ни смотрел, обнаружит во Вселенной одну и ту же картину, оказался под сомнением. Но именно на этом принципе построено большинство современных моделей устройства Вселенной. В современной космологии образовался серьёзный кризис. Новые исследовательские данные требовали научного обоснования, но его не было!

При этом сенсации продолжались. В 2005 году группа астрономов под руководством Жуана Магейжу (Joao Magueijo) обнаружила «ось зла» в реликтовом излучении. Магейжу и его коллеги обнаружили в космосе участок, где энергия реликтового излучения оказалась выше, чем в других уголках Вселенной. На температурной модели видно, что голубые и синие области являются более холодными, чем оранжевые и красные. Белая линия, по мнению астрономов, отражает местоположение «оси зла».

Прошло еще три года, и в 2009 году для проведения более глубоких космических исследований ЕКА (Европейское космическое агентство) вывело на орбиту новый телескоп «Planck». В его задачи, кроме всего прочего, входило подтвердить или опровергнуть данные, ранее полученные космическим зондом «WMAP». В 2012 году первичный анализ данных показал, что «ось зла» действительно существует. 

Бой за истину: Восток против Запада

Однако западные астрофизики не собирались сдаваться без боя. В 2016 году в журнале «Physical Review Letters» была опубликована статья британских астрономов, которые утверждали, что провели более детальные исследования, доказавшие, что на самом деле никакой «оси зла» не существует, а Вселенная является изотропной и однородной. Участница этих исследований космолог Даниела Сааде из отдела физики и астрономии Университетского колледжа Лондона на основе разработанной компьютерной модели поспешила заверить научную общественность, что она с коллегами спасла космологию от полного пересмотра.

Вот только английские астрофизики не учли, что кроме европейских исследователей, серьёзные научные изыскания проводятся и в других частях земного шара. Так, в 2011 году, независимо от других исследователей, китайские астрономы самостоятельно получили исчерпывающую информацию, которая подтверждала неоднородность Вселенной и существование в ней «оси зла». 

Изучая данные о 557 вспышках сверхновых I типа, собранные различными группами ученых за последние 30 лет, китайские астрофизики Жун-Гень Цай (Rong-Gen Cai) и Чжун-Лян То (Zhong-Liang Tuo) из Института теоретической физики при Китайской академии наук в Пекине, в свою очередь, также обнаружили признаки неоднородности Вселенной. Неудивительно, что в научном сообществе сформировались вопросы, требующие ответа. Однородна или неоднородна наша Вселенная? Изотропна она или нет? Существует ли ось Вселенной, и если да, то где она находится и из чего состоит? Ответов на эти вопросы пока не получены, а научные исследования, тем временем, поставили под сомнения следующую устоявшуюся научную гипотезу.

Симметрия Вселенной: опровержение практикой

В 2011 году, на основе исследования 15 872 спиральных галактик, группа астрофизиков во главе с американским учёным М. Лонго из Мичиганского университета предположила, что наша Вселенная, возможно, вращается вокруг своей оси. Исследования проводились в рамках проекта «Sloan Digital Sky Survey» (SDSS). Учёные искали фактические подтверждения зеркальной симметрии Вселенной. Астрофизики полагали, что если Вселенная симметрична, то количество галактик, вращающихся по часовой стрелке и вращающихся против нее, будет одинаковым. Но среди изученных спиральных галактик преобладали те, кто вращался против часовой стрелки. Их оказалось примерно на 7% больше. По мнению М. Лонго, полученные результаты исследований очень важны, поскольку противоречат общепринятому представлению о том, что если взять достаточно большой масштаб, то Вселенная будет изотропной.

Безусловно, исследования будут продолжены для уточнения полученных результатов. Но уже сейчас ясно, что к современному представлению о строении Вселенной есть серьезные вопросы, прежде всего касающиеся её устройства и функционирования. Астрофизикам придется ответить на вопросы: как устроена Вселенная? Как она функционирует? Вращается ли наша Вселенная вокруг своей оси?

Загадка космических потоков: кто направляет движение галактик?

В 2008 и 2011 годах космический зонд «WMAP» в очередной раз «порадовал» физиков-теоретиков новыми результатами исследований, опровергающими очередную признанную научную гипотезу. Неожиданно оказалось, что около 1500 скоплений галактик, вместо предсказанного Стандартной моделью хаотического движения во Вселенной, весьма дружно и организованно движутся в одном направлении. Расстояние от Земли до этих скоплений составляет примерно 3 млрд. световых лет. Астрофизики определили, что скопления перемещаются в сторону области, расположенной между созвездиями Паруса и Центавра. Новые данные вновь поставили ученых в неловкое положение, а разработанные ими ранее теории опять оказались под сомнением.

Направленный поток огромного количества галактик назвали «тёмным потоком». Причины его возникновения вызывают у учёных большой интерес. Перед нами ещё одно свидетельство неоднородности и нехаотичности Вселенной. Более того, астрофизики полагают, что появление организованного потока галактик может быть следствием воздействия колоссальной массы вещества, которое находится вне границ нашей Вселенной. Эта масса, обладающая огромной гравитационной силой, по их мнению, притягивает к себе скопления галактик. И снова перед учеными возникли неудобные вопросы: куда и почему движутся скопления галактик в тёмном потоке Вселенной? Какие силы движут потоком скопления галактик? Какова цель этого движения?

Тёмная материя: поиск чёрной кошки в тёмной комнате

В далеком 1922 году, наблюдая за движением звёзд, астрономы Д. Джинс и Я. Каптейн предположили, что большая часть вещества в Галактике невидима. Невидимое вещество они назвали «тёмной материей». В современной астрономии, физике и космологии под этим термином подразумевается гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Причем за более чем сто лет с момента выдвижения этой гипотезы существование тёмной материи так и не было доказано. Но создаваемые гравитационные эффекты позволяли заключить, что изучение явления поможет решить проблему скрытой массы, которая влияет на скорости вращения внешних областей галактик. 

На основе работ астрофизиков Ф. Цвикки, В. Рубин и К. Форда были проведены многочисленные исследования, которые показали, что гипотетическая тёмная материя не взаимодействует со светом, но свет может исходить из областей с тёмным веществом. 

В 2012 году было опубликовано исследование движения более 400 звёзд, которое показало, что в околосолнечном пространстве и на Земле свидетельств присутствия тёмной материи не найдено. Зарегистрировать тёмную материю на нашей планете не удалось.

Тем не менее, научный интерес к тёмной материи продолжает расти, появляются инструменты, позволяющие получить новые представления об этом таинственном феномене. Так, космический телескоп «Хаббл» предоставил весьма ценную информацию о размере и массе видимой Вселенной. Эти данные, как полагают исследователи, стали ещё одним шагом на пути к изучению тёмной материи.

На сегодняшний день термин «тёмная материя» прижился в научных кругах. Более того, основываясь на данных наблюдений космической обсерватории «Planck» в 2013 году, научное сообщество заявило, что Вселенная на 4,9 % состоит из обычной материи, на 26,8 % - из тёмной материи и на 68,3 % - из тёмной энергии. Вот только, как быть с неудобными вопросами относительно «тёмной материи». Существует ли тёмная материя на самом деле? Правильные ли выводы сделали учёные при изучении зависимости вновь открытых гравитационных эффектов от существования тёмной материи во Вселенной? Чем заполнена Вселенная кроме звёзд, планет и галактик?

Тёмная энергия: почему Вселенная расширяется с ускорением?

Вопрос о возможном существовании тёмной энергии возник в 1990-х годах в результате наблюдений за сверхновыми звёздами, измерений реликтового излучения и гравитационного линзирования. Вопреки устоявшимся положениям, согласно которым расширение Вселенной замедляется, поступили данные, что Вселенная не просто расширяется, а расширяется с некоторым ускорением. Ранее предполагалось, что всё пространство Вселенной заполнено обычной и тёмной материей, поэтому замедление расширения выглядело вполне логичным и обоснованным.

Результаты новых наблюдений дали серьёзный повод задуматься над справедливостью этих предположений. Обнаружение ускоренного расширения Вселенной повергло учёных в некоторое замешательство, поскольку противоречило уже принятой и согласованной модели.

Для объяснения ускоряющегося расширения было предложено ввести в математическую модель Вселенной пока неизвестный гипотетический вид энергии с отрицательным давлением. По мнению учёных, это неизвестное отрицательное давление и заставляло Вселенную расширяться с ускорением.

Научное космологическое сообщество восприняло это неожиданное открытие с интересом. В 2011 году астрофизики С. Перлматтер, Б. П. Шмидт и А. Г. Рисс получили Нобелевскую премию за открытие ускоряющегося темпа расширения Вселенной. Но физическая суть этого явления и природа его возникновения пока так и остаются для человечества загадкой. В этом случае также не обошлось без неудобных вопросов: можно ли объяснить ускоренное расширение Вселенной действием тёмной энергии, которую, как и тёмную материю, никто и никогда не наблюдал, и не регистрировал? Почему расширяется Вселенная? Как долго будет длиться процесс расширения Вселенной?                        

Тайна Великих стен космоса

Согласно существующим взглядам, Вселенная однородна и изотропна. Это вполне соответствует теории Большого взрыва, в результате которого материя в пустом пространстве была равномерно распределена по всей Вселенной.

Но исследования астрофизиков ХХ-ХХI веков показывают совершенно иную картину мира. Наблюдения за Вселенной позволили обнаружить не только галактики, но и их многочисленные скопления. Это нарушает космологический принцип, показывая, что Вселенная неоднородна. Увы, это несоответствие осталось без внимания. Скорее всего, не случайно, поскольку ставит под сомнение непосредственно сам космологический принцип, огромное количество разработанных теорий и научных гипотез.

Вместе с тем современные телескопы предоставили ученым возможность глубже проникнуть в пространство Вселенной. Подробные исследования показали, что в космическом пространстве галактики и их скопления распределены неравномерно. Оказалось, что галактические скопления также образуют группы от 2 до 20 скоплений, которые, в свою очередь, расположены в галактических нитях или в узлах пересечения этих нитей. Эти группы назвали сверхскоплениями галактик. Их размеры достигают сотен миллионов световых лет.

Но и эти сверхскопления не являются самыми большими структурами во Вселенной. После недавних открытий считается, что сверхскопления галактик являются лишь частью огромных космических объектов, достигающих размеров в миллиарды световых лет. Нитевидные скопления галактик разделены тёмными областями, которые назвали войдами (пустотами). Нити и пустоты образуют эллиптические, относительно плоские локальные структуры – «стены» или гиперскопления.

Первая стена была открыта американскими астрофизиками М. Геллер и Д. Хунр, и получила название Великая стена CfA2. Эта стена имеет размер примерно 500 млн. световых лет в длину, 300 млн. световых лет в ширину и 15 млн. световых лет в толщину. Она находится на расстоянии примерно 200 млн. световых лет от нашей Галактики.  

В 2003 году учёные из Принстонского университета Дж. Р. Готт и М. Юрич открыли новый крупномасштабный космический объект – Великую стену Слоуна. Эта стена располагалась от нас на расстоянии 1,2 млрд. световых лет и имела размеры в 1,38 млрд. световых лет. 

В 2012 году астрономы открыли Громадную группу квазаров размером около 4 млрд. световых лет, а в 2013 году – Великую стену Геркулес – Северная корона размером 10 млрд. световых лет. 

Практически все стены сверхскоплений имеют плоскую округлую структуру с огромными радиусами в 1 млрд. световых лет и более. Они расположены на различных расстояниях друг от друга: от 200 млн. световых лет до 500 млн. световых лет.

Понять природу этих сверхскоплений астрономы пока не могут, как не могут ответить и на достаточно большое количество вопросов, возникающих при их изучении: какова природа возникновения этих крупномасштабных космических структур? Почему они имеют плоскую конструкцию? Почему между ними такие огромные расстояния? Могли ли они сформироваться в результате Большого взрыва?

Приведенные примеры дают все основания для вполне справедливых вопросов: действительно ли Вселенная однородна, изотропна и хаотична? И если в известном нам мире всё конечно (частица, атом, планета, звезда, галактика, скопления галактик), то можно ли твёрдо утверждать, что наша Вселенная бесконечна? Ведь любое кольцо в определённой степени, по сути, тоже бесконечно, хотя и имеет вполне обозначенную форму.

Ни теория Большого взрыва, ни общая теория относительности пока не могут объяснить сущность и природу космических явлений, открытых за последнее время.  И это далеко не все вопросы и проблемы, поставившие под сомнение многие, ранее разработанные теории. Может быть, пришло время для серьёзного переосмысления существующих общепринятых теорий и гипотез о Вселенной?