 |
Разогнавшие границы вселенной. Открытия, изменившие квантовую механику
|
|
|
|
Text7
РАЗОГНАВШИЕ ГРАНИЦЫ ВСЕЛЕННОЙ
Астрофизики Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рис удостоены Нобелевской премии по физике 2011 года за открытие, кардинально изменившее наши представления о Вселенной.
Представления о том, как развивается Вселенная и какой она станет в будущем, менялись по мере совершенствования и методов наблюдения, и космологических теорий. Долгое время считалось, что Вселенная «необъятна, бесконечна и существует вечно». Об этом рассказывали в советских школах ещё лет 60 назад, хотя в 1916 году Альберт Эйнштейн создал свою теорию гравитации, общую теорию относительности. В 1922 году советский математик А. А. Фридман показал, что уравнения Эйнштейна описывают не стационарную, а эволюционирующую Вселенную. Она должна либо расширяться, либо сжиматься. Но ещё в 1914 году американский астроном Весто М. Слайфер обнаружил, что галактики не просто «висят» в космическом пространстве, а разлетаются с большой скоростью. Туманность Андромеды, например, несётся к нашей Солнечной системе, обнаруживая в своём спектре, в силу эффекта Доплера, синее смещение. Но подавляющее число далёких галактик убегают от нас, демонстрируя красное смещение спектра. Спустя несколько лет, астроном Эдвин П. Хаббл вывел зависимость величины красного смещения галактики от расстояния до неё — постоянную Хаббла. Наблюдения, подтверждённые расчётами, свидетельствовали, что Вселенная действительно расширяется. Тут же возникли вопросы: что вызвало это расширение и будет ли оно продолжаться бесконечно или же силы тяготения звёзд затормозят разлёт и стянут Вселенную в точку? Выбор одного из этих двух сценариев зависел от величины тяготения, то есть от массы Вселенной. Подсчитать её можно было, только замерив светимости звёзд, ибо зависимость «масса/светимость» хорошо известна. Такой метод оказался слишком груб, с большими ошибками в оценках величины массы, и дальнейшая судьба Вселенной по-прежнему оставалась загадкой.
|
|
|
Но в 1937 году Фриц Цвикки, исследуя движения звёзд в скоплении Волосы Вероники, рассчитал массу скопления. Она оказалась в 500 раз больше той, которую давала светимость. Так была обнаружена тёмная материя, или скрытая масса. Природа её до сих пор непонятна, она не видна и проявляет себя только через тяготение. Но теперь уже стало ясно, что бесконечного расширения не будет.
Ответ на первый вопрос: что заставило Вселенную расширяться? — дал в 1948 году Г. А. Гамов. Он разработал теорию «горячей Вселенной», родившейся примерно 14 миллиардов лет назад из невообразимо малого объёма, сингулярности, в результате Большого взрыва и раздувания (инфляции) с огромной скоростью. И по всему выходило, что Вселенная развивается циклично. Разбегание галактик сменится их сближением, возникнет сингулярность, взрыв, и всё начнётся сначала.
Но прошло ещё 50 лет, и астрофизики преподнесли мировому сообществу очередной сюрприз. Трое исследователей из разных стран — Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рис, проводя наблюдения за сверхновыми звёздами, обнаружили, что Вселенная не просто расширяется (об этом стало известно почти 60 лет назад), а расширяется с ускорением. Эта сенсационная весть была опубликована осенью 1998 года в авторитетном астрономическом журнале, вызвав огромный интерес и некоторый скепсис даже у самих авторов (они пытались обнаружить ошибку в расчётах, но её не было).
Сверхновые, которыми занимались Нобелевские лауреаты, — это старые звёзды, которые заканчивают своё существование мощнейшим взрывом. На некоторое время сверхновая становится ярче целой галактики с её миллионами звёзд, а затем рассеивается в пространстве, образуя туманность. Яркость сверхновых настолько велика, что их можно наблюдать вплоть до самых границ видимой Вселенной. А зная светимость сверхновой, несложно найти расстояние до неё. И вот тут-то и оказалось, что часть этих объектов находится значительно дальше, чем следовало из современной космологической модели. А это значит, что Вселенная всегда расширялась с ускорением. И «распирает» её некая «тёмная энергия», более мощная, чем энергия гравитации. И Вселенную, похоже, ждёт конец не в пламени очередного Большого взрыва, а в непроглядной тьме и космическом холоде.
|
|
|
О природе самó й «тёмной энергии» пока приходится только гадать. Ею может быть некое поле, энергия физического вакуума (который не просто пустота, а сложная квантовая система). Именно это поле 14 миллиардов лет назад вызвало инфляцию новорождённой Вселенной, но и теперь, понизив свою напряжённость в огромном объёме современной Метагалактики, продолжает разгонять её границы.
(Наука и жизнь №12, 2011г. )
Text 8
ОТКРЫТИЯ, ИЗМЕНИВШИЕ КВАНТОВУЮ МЕХАНИКУ
Нобелевская премия по физике 2012 года присуждена двум исследователям — французу Сержу Арошу и американцу Дэвиду Уайнленду, которые, независимо один от другого, разработали методы управления отдельными квантовыми частицами и наблюдения за ними. Исследовать их очень сложно: свою квантовую природу при взаимодействии с окружением они теряют. Из-за этого до недавних пор физикам приходилось ограничиваться лишь мысленными экспериментами и теоретическими расчётами.
|
|
|
