Новые данные, полученные с помощью Спектроскопического инструмента темной энергии (DESI), бросают вызов фундаментальному космологическому убеждению, существовавшему четверть века. С 1998 года, когда астрономы открыли ускоренное расширение Вселенной, темную энергию считали константой — неизменной силой, равномерно «нажимающей на педаль газа» космоса. Однако последние измерения, проведенные DESI в Национальной обсерватории Китт-Пик в Аризоне, указывают на то, что влияние темной энергии, возможно, ослабевало в более поздние эпохи истории Вселенной.
Если эти результаты подтвердятся, то стандартная модель космологии, описывающая прошлое, настоящее и будущее мироздания, окажется ошибочной. Эта модель основывается на нескольких столпах: Вселенная началась с Большого взрыва, пережила период быстрой инфляции и с тех пор расширяется под влиянием своих компонентов. Гравитация обычной и темной материи замедляет этот процесс, в то время как темная энергия, составляющая около 70% Вселенной, его ускоряет. Именно предположение о постоянстве этой силы теперь поставлено под сомнение.
Статистическая значимость полученных данных оценивается в три сигмы (3σ). Это означает, что вероятность случайного совпадения составляет примерно 1 к 385. Хотя это интригующий результат, для официального признания «открытия» в физике требуется стандарт в пять сигм (5σ), где вероятность случайности падает до 1 к 3,5 миллионам. Текущие данные еще не достигают этого порога, что породило активные дебаты в научном сообществе.
Космолог Эшли Росс из Университета штата Огайо и член коллаборации DESI видит в этом потенциальный прорыв. По ее словам, ученые давно искали «дыры» в стандартной модели, и это может быть одной из них, способной разрешить существующие несоответствия в измерениях скорости расширения Вселенной. Теоретический физик Джеймс Овердуин из Таусонского университета, соавтор книги «Вес вакуума», также выражает оптимизм, отмечая, что это может стать путем к лучшему пониманию фундаментальной физики.
Однако другие ученые призывают к осторожности. Астрофизик Закари Слепиан из Университета Флориды, также входящий в команду DESI, подчеркивает, что результат может быть следствием систематической ошибки, особенностей работы инструмента или просто статистической флуктуации. Космолог Колин Хилл из Колумбийского университета соглашается, что для объяснения данных могут существовать и другие, менее радикальные расширения стандартной модели, не требующие ее полного пересмотра.
Философ науки Мелисса Жакарт из Университета Цинциннати объясняет, что научные модели по своей природе являются упрощениями. Ученые склонны к простоте и последовательности, чему соответствовала идея постоянной темной энергии. Новые данные бросают вызов этой человеческой предвзятости. Жакарт сравнивает научный процесс с игрой «выбери свое собственное приключение», где тупики заставляют возвращаться и пробовать новый путь. Прогресс заключается в том, чтобы «сохранять то, что кажется правильным, и отбрасывать то, что кажется неверным».
Проект DESI, начавший основную научную работу в 2021 году, является масштабным предприятием. В коллаборации участвуют более 900 ученых. Этот инструмент, установленный на телескопе Mayall, представляет собой мощный конвейер по сбору данных о распределении галактик. Подобные крупные проекты, как в свое время Манхэттенский проект, служат «инкубаторами» и могут обеспечить научное доминирование на десятилетия вперед.
Ответ на вопрос о природе темной энергии определит судьбу Вселенной. Если темная энергия постоянна, космос будет расширяться вечно, унося галактики так далеко друг от друга, что наше космическое окружение окажется в полной изоляции. Если же она эволюционирует, «этот мрачный финал можно будет избежать».
Ставки высоки не только в космологическом, но и в финансовом плане. Ошибка в фундаментальной теории может привести к пустой трате миллиардов долларов на эксперименты, основанные на неверной модели. Примером служит дискуссия о строительстве преемника Большого адронного коллайдера, стоимость которого оценивается в десятки миллиардов долларов. Результаты DESI могут помочь более эффективно направить будущие исследования и ресурсы.
Хотя изучение темной энергии кажется абстрактным, история науки показывает, что фундаментальные открытия приводят к непредсказуемым технологическим прорывам. Так, общая теория относительности Эйнштейна, созданная в начале XX века, спустя десятилетия легла в основу работы систем GPS. Подобным же образом, понимание 95% Вселенной, состоящих из темной энергии и темной материи, может иметь далеко идущие последствия.
Конечная цель этих исследований предельно ясна. Как формулирует Эшли Росс, «весь смысл в том, чтобы понять эту силу настолько хорошо, чтобы перестать называть ее темной энергией». Это стремление превратить загадку в известный физический закон движет сотнями ученых по всему миру.
Изображение носит иллюстративный характер
Если эти результаты подтвердятся, то стандартная модель космологии, описывающая прошлое, настоящее и будущее мироздания, окажется ошибочной. Эта модель основывается на нескольких столпах: Вселенная началась с Большого взрыва, пережила период быстрой инфляции и с тех пор расширяется под влиянием своих компонентов. Гравитация обычной и темной материи замедляет этот процесс, в то время как темная энергия, составляющая около 70% Вселенной, его ускоряет. Именно предположение о постоянстве этой силы теперь поставлено под сомнение.
Статистическая значимость полученных данных оценивается в три сигмы (3σ). Это означает, что вероятность случайного совпадения составляет примерно 1 к 385. Хотя это интригующий результат, для официального признания «открытия» в физике требуется стандарт в пять сигм (5σ), где вероятность случайности падает до 1 к 3,5 миллионам. Текущие данные еще не достигают этого порога, что породило активные дебаты в научном сообществе.
Космолог Эшли Росс из Университета штата Огайо и член коллаборации DESI видит в этом потенциальный прорыв. По ее словам, ученые давно искали «дыры» в стандартной модели, и это может быть одной из них, способной разрешить существующие несоответствия в измерениях скорости расширения Вселенной. Теоретический физик Джеймс Овердуин из Таусонского университета, соавтор книги «Вес вакуума», также выражает оптимизм, отмечая, что это может стать путем к лучшему пониманию фундаментальной физики.
Однако другие ученые призывают к осторожности. Астрофизик Закари Слепиан из Университета Флориды, также входящий в команду DESI, подчеркивает, что результат может быть следствием систематической ошибки, особенностей работы инструмента или просто статистической флуктуации. Космолог Колин Хилл из Колумбийского университета соглашается, что для объяснения данных могут существовать и другие, менее радикальные расширения стандартной модели, не требующие ее полного пересмотра.
Философ науки Мелисса Жакарт из Университета Цинциннати объясняет, что научные модели по своей природе являются упрощениями. Ученые склонны к простоте и последовательности, чему соответствовала идея постоянной темной энергии. Новые данные бросают вызов этой человеческой предвзятости. Жакарт сравнивает научный процесс с игрой «выбери свое собственное приключение», где тупики заставляют возвращаться и пробовать новый путь. Прогресс заключается в том, чтобы «сохранять то, что кажется правильным, и отбрасывать то, что кажется неверным».
Проект DESI, начавший основную научную работу в 2021 году, является масштабным предприятием. В коллаборации участвуют более 900 ученых. Этот инструмент, установленный на телескопе Mayall, представляет собой мощный конвейер по сбору данных о распределении галактик. Подобные крупные проекты, как в свое время Манхэттенский проект, служат «инкубаторами» и могут обеспечить научное доминирование на десятилетия вперед.
Ответ на вопрос о природе темной энергии определит судьбу Вселенной. Если темная энергия постоянна, космос будет расширяться вечно, унося галактики так далеко друг от друга, что наше космическое окружение окажется в полной изоляции. Если же она эволюционирует, «этот мрачный финал можно будет избежать».
Ставки высоки не только в космологическом, но и в финансовом плане. Ошибка в фундаментальной теории может привести к пустой трате миллиардов долларов на эксперименты, основанные на неверной модели. Примером служит дискуссия о строительстве преемника Большого адронного коллайдера, стоимость которого оценивается в десятки миллиардов долларов. Результаты DESI могут помочь более эффективно направить будущие исследования и ресурсы.
Хотя изучение темной энергии кажется абстрактным, история науки показывает, что фундаментальные открытия приводят к непредсказуемым технологическим прорывам. Так, общая теория относительности Эйнштейна, созданная в начале XX века, спустя десятилетия легла в основу работы систем GPS. Подобным же образом, понимание 95% Вселенной, состоящих из темной энергии и темной материи, может иметь далеко идущие последствия.
Конечная цель этих исследований предельно ясна. Как формулирует Эшли Росс, «весь смысл в том, чтобы понять эту силу настолько хорошо, чтобы перестать называть ее темной энергией». Это стремление превратить загадку в известный физический закон движет сотнями ученых по всему миру.
