Эта обманчивая Вселенная

За века, прошедшие с момента зарождения человечества, казалось бы, у нас было время изучить Вселенную и составить более-менее верное представление о ее устройстве. Однако в последнее время существующие модели мироздания все чаще опровергаются новейшими научными исследованиями.

Действующая космологическая модель известна как лямбда-модель холодной темной материи (ACDM), но многие существующие явления туда просто не вписываются. В частности, это скорость, с которой расширяется Вселенная, ее называют постоянной Хаббла (Ho), и величина, называемая «сигма-8», которая описывает различия в «слипании» материи в больших космических масштабах. При попытках измерить эти параметры получались, как это ни странно, разные значения. Так, когда постоянную Хаббла измеряли на основе наблюдений за блестящими звездами, ее скорость составляла около 50400 миль в час на миллион световых лет. Когда же проводились замеры реликтового излучения с использованием космического микроволнового фона (CMB), эта скорость составила 46200 миль в час на миллион световых лет. При этом значения сигма-8, когда измерения осуществлялись с помощью CMB, отличались от тех, что были получены другими методами. Получается, что параметры, которые исследователи считали константами, таковыми не являются. А значит, наши представления о реальности, по крайней мере, не совсем верны.

Существует гипотеза о том, что в ткани Вселенной есть некие дефекты, или трещины, из-за которых в различных ее измерениях мы можем наблюдать разные значения переменных. «Несоответствие данных может быть нашим первым намеком на поиск этих трещин в модели ACDM», – считает аспирант кафедры теоретической физики Калифорнийского университета в Дэвисе Арсалан Адил. Адиль и его коллеги попытались получить ответы на возникшие вопросы при помощи теоретического квантового поля, называемого квинтэссенцией. Наличием квинтэссенции объясняют воздействие темной энергии – теоретической неизвестной силы, управляющей расширением Вселенной.

По мнению научного сотрудника Королевского общества Дороти Ходжкин в Университете Шеффилда Элеоноры Ди Валентино, все дело во взаимосвязи параметров. «Как только вы измените один из них, остальные изменятся соответственно, – говорит она. – В большинстве моделей увеличение постоянной Хаббла означает также увеличение сигма-8, и наоборот. По этой причине очень сложно найти модель, которая ведет себя иначе». Ди Валентино полагает также, что пролить свет на проблему могли бы замеры гравитационных волн, которые представляют собой рябь в пространстве-времени. Это могло бы и помочь получить более ясное представление о природе темной энергии и темной материи, предположительно составляющей большую часть от объема всей материи во Вселенной.

Есть и другие странности, ставящие под сомнение верность модели ACDM. Например, это отсутствие в наблюдаемой Вселенной лития, тогда как согласно прогнозам его там должно быть много. Или тот факт, что галактики-спутники вращаются вокруг более крупных галактик, тогда как современные научные представления говорят о том, что их орбиты должны быть куда более сложны и разнообразны.

Еще одна загадка связана с существующим понятием «объективная реальность». Недавнее исследование ученых из Федерального университета ABC (UFABC) в Сан-Паулу (Бразилия) показывает, что какая бы то ни было реальность возникает, только когда она зафиксирована наблюдателем. Итоги работы были опубликованы в журнале Communications Physics. Задачей бразильских специалистов было проверить принцип дополнительности, предложенный в 1928 году знаменитым датским физиком Нильсом Бором. Согласно ему одинаковые объекты обладают взаимодополняющими свойствами, которые невозможно наблюдать или измерить одновременно. Так, Бор утверждал, что квантовые системы получают свою собственную реальность только после создания экспериментальной модели, то есть после того как ученые начнут с ними работать. «Система ведет себя как волна или частица в зависимости от контекста, но вы не можете предсказать, что она будет делать», – говорил Бор, имея в виду выдвинутую ранее, в 1924 году, дуалистическую концепцию французского физика Луи де Бройля, суть которой заключалась в том, что материя может в один момент времени выглядеть как волна, а в другой – как частица.

В 1978 году американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уилер попытался переосмыслить проведенный в 1801 году Томасом Янгом эксперимент по изучению свойств света с помощью двойной щели. В ходе этого опыта операторы направляли свет на стену, в которой были проделаны две параллельные щели. Когда световые лучи проходили через одну из них, в результате ди­фракции они накладывались на свет из другой щели, интерферируя с ним. Это означало, что свет двигался волнами. Получается, что он одновременно имеет природу частицы и волны. Уилер же использовал для своих исследований прибор, работающий в двух режимах измерения: волн и частиц. Его исследования лишь подтвердили принцип дополнительности Бора. Однако более поздние исследователи, пытавшиеся применить принцип квантовой суперпозиции к экспериментам с частицами, обнаружили, что те могут демонстрировать гибридное поведение, скажем, накладываться друг на друга в виде волн, а вовсе не дополнять друг друга.

«В эксперименте мы использовали методы ядерного магнитного резонанса, аналогичные тем, которые применяются в медицинской визуализации», – поясняет руководитель команды бразильских специалистов Роберто М.Серра, исследователь квантовых информационных наук и технологий в UFABC.

По словам коллеги Серра, научного сотрудника Международного центра теории квантовых технологий (ICTQT) Педро Руаса Диегеса, опыты подтвердили принцип дополнительности Бора. Вместе с тем тот факт, что частица материи в определенных ситуациях может вести себя как волна, а свет – как частица, все еще остается одной из самых интригующих загадок квантовой физики. Так что даже отдельные аспекты устройства мироздания пока ставятся под сомнение. Не говоря уж о модели Вселенной целиком. Разумеется, научное знание будет развиваться, но совсем не факт, что в ближайшее время мы получим хотя бы приблизительное представление о том, как устроен мир на самом деле.

Ида ШАХОВСКАЯ