Небесный вердикт

Работа WMAP закончилась в 2009 году. В январе 2010 года вышел итоговый доклад: уловленные аппаратом макроколебания температуры фонового космического излучения оказались немного более выраженными, чем микроколебания, – это тонкое, но принципиально важное различие предсказывалось многими моделями инфляции, – а значит, вселенная в самом деле плоская[434]. Второй вывод подкреплялся с еще большей, чем прежде, убедительностью случайным распределением горячих и холодных точек космического микроволнового излучения[435].

Когда миссия WMAP готовилась к завершению[436], Европейское космическое агентство запустило в мае 2009 года спутник “Планк”, снабженный, в числе прочего, детекторами, работающими при температуре –273,05, всего на десятую долю градуса выше абсолютного нуля. Полная публикация полученных этим спутником данных по космическому микроволновому излучению – снимки, анализ, научные статьи – ожидается не раньше 2013 года, но предварительными результатами ESA поделилось уже в январе 2011-го. “Мы еще не добрались до главного сокровища, до источника космических микроволн”[437], – признавался Дэвид Саутвуд, директор научных программ ESA. Первоочередной задачей проекта было отсеять некоторые источники “шума”, создающие помехи при изучении космического микроволнового излучения. На это излучение в процессе эволюции вселенной могло воздействовать множество факторов: “всяческие астрофизические загрязнения”[438] усложняли картину – нерегулярности гравитационных линз, радиопомехи, черные дыры и даже шум самих приборов. Особый интерес создатели “Планка” проявляли к “аномальному микроволновому излучению”, которое наблюдается в регионах галактики с большей плотностью космической пыли. Удалось доказать, что это излучение порождают зерна пыли, вращающиеся после столкновения с быстро движущимися атомами или с ультрафиолетовым излучением. Если отсеять этот микроволновый “туман”, данные по фоновому космическому излучению не будут искажены – фоновое космическое излучение останется незатронутым, и данные, полученные “Планком”, позволят изучить это излучение в недоступных прежде деталях[439].

По мере того как наблюдения за космическим микроволновым излучением становились все более четкими и подробными, от моделей вселенной требовалось все более точное совпадение с этими результатами, и некоторые модели были исключены из числа кандидатов. Но пока что данные наблюдений и предсказания теории по космическому излучению, форме вселенной, гладкости на макроуровне и шероховатости на микроуровне совпадают, что говорит в пользу инфляционной космологии[440]. Как сказал Джон Барроу, “возрастающее количество данных наблюдения подтверждает определенную схему температурных колебаний космического микроволнового излучения, и это побуждает нас признать убедительность теории, согласно которой видимая нам часть вселенной пережила сильную инфляцию на самых ранних стадиях своего существования”[441].

Теория предсказывала, что гравитационные волны, возникшие сразу же после Большого взрыва, оставили заметный след в космическом микроволновом излучении[442], но этот след все время ускользал от исследователей. Нашлись, однако, более многообещающие способы исследования гравитационных волн. Кип Торн, чей интерес к черным дырам отнюдь не угас, вместе с коллегами давно уже занимался поиском инструментария, который помог бы обнаружить и замерить гравитационные волны, возникающие при образовании черных дыр, а значит, и в начале вселенной. Одна из возможных техник – лазерная интерферометрия.

Интерферометр расщепляет лазерный луч надвое, причем одна половина луча оказывается перпендикулярна другой. Луч отражается зеркалом, направляется вспять и встречается с самим собой. К каждому зеркалу прикреплена большая масса, поэтому если гравитационная волна пройдет через интерферометр, растягивая и сокращая пространство между массами (и тем самым между зеркалами), лучи слегка сместятся, и путь, который они проходят, окажется неодинаковым, в результате чего возникнет интерференционная картина (рис. 19.1).

На Земле уже были установлены детекторы гравитационных волн – в Хэнфорде, штат Вашингтон (LIGO), в немецком Ганновере и в Пизе, но царь всех этих приборов, огромнейший аппарат под названием LISA (лазерная интерференционная космическая антенна), должен отправиться в космос на трех (!) ракетах. Эти три ракеты должны будут распределиться по углам треугольника со стороной около 5 миллионов километров. Лучу света понадобится около 20 секунд, чтобы попасть из одной такой точки в другую (см. рис. 19.2). Когда гравитационные волны, растягивающие и сокращающие пространство, пройдут через этот огромный “аппарат”, их движение едва заметно изменит расстояние между ракетами, а значит, и расстояние, которое проходят лучи света между ними, и возникнет интерференция, которую чрезвычайно чувствительные приборы смогут замерить[443]. О таких аппаратах, как LIGO и LISA, говорил Кип Торн в юбилейной речи на шестидесятилетии Хокинга: он обещал, что к его семидесятилетию детекторы гравитационных волн, LIGO, GEO, VIRGO и LISA, успеют проверить его “великое пророчество о черных дырах”[444]. И детекторы работали вовсю!

Вслед за WMAP, “Планком” и LISA NASA намечает запуск Эйнштейнова зонда инфляции (Einstein Inflation Probe) для изучения космического микроволнового излучения, а также Наблюдателя Большого взрыва (Bing Bang Observer), призванного исследовать гравитационные волны. Вместе эти два подхода, возможно, дадут нам то, чего пока не сумели дать ни замеры, ни исследования, ни даже чрезвычайно успешная работа WMAP: мы поймем наконец физический механизм и энергетический масштаб самой инфляции[445]. Изучение гравитационных волн – наиболее прямой путь (для нас, жителей Земли) к постижению судьбы вселенной в первые доли секунды ее существования.

Помогут ли полученные в наблюдении данные однозначно решить вопрос, была ли инфляция или ее не было? Теория инфляции содержит определенные предсказания о паттернах и свойствах гравитационных волн. Если данные наблюдения совпадут с ее предсказаниями, это будет серьезным доказательством в пользу теории инфляции, если же гравитационных волн не обнаружится, более вероятной покажется другая модель – экпиротический сценарий, в котором не происходит инфляция, а вселенная возникает в результате чрезвычайно медленного столкновения двух трехмерных миров на бранах, движущихся в скрытом от нас дополнительном (четвертом) измерении пространства.