«Мы давно знали, что Вселенная расширяется. Но около 15 лет назад мои коллеги и я обнаружили, что она расширяется все быстрее и быстрее. Вселенная расширяется все быстрее, чего никто не ожидал, но теперь это приписывается загадочной темной энергии, которая, кажется, составляет около 70% Вселенной». — Адам Рисс. В 1998 году две независимые группы ученых, изучающие самые далекие сверхновые во Вселенной, сообщили об одном и том же неожиданном явлении: у этих ослепительных вспышек света, яркость и красное смещение которых были известны с высокой точностью, была проблема — они были намного тусклее, чем ожидалось.
И чем выше красное смещение, тем больше проблема. Объяснение? Они были дальше — и, следовательно, казались менее яркими — чем предполагала традиционная версия расширяющейся Вселенной. Вместо того чтобы быть заполненной лишь материей и излучением по всей ткани пространства, Вселенная также содержала небольшое, но важное количество энергии, присущее самому пространству: темной энергии.
По мере того, как наши измерения становились все лучше и лучше, а мы собирали данные из других источников, вроде флуктуаций космического микроволнового фона (CMB), мы обнаружили, что примерно 68% энергии во Вселенной приходится на эту загадочную темную энергию. Да, темная материя, обычная материя, нейтрино и излучение — все это имело жизненно важное значение для расширения и развития Вселенной, особенно в ранние времена. Но по мере взросления Вселенной темная энергия становилась все более и более важной и в конечном итоге приблизилась к 100% энергии, присутствующей в нашей Вселенной.
Но согласно общей теории относительности, все может быть и не так. У нас могла бы быть Вселенная вовсе без темной энергии: где нулевая энергия пустого пространства действительно была бы нулем, а не каким-то крохотным, ненулевым значением. Если бы такой была наша Вселенная, чем она отличалась бы от Вселенной, которую мы имеем сегодня? Вы удивитесь, но заметные отличия действительно могли быть.
1. Вселенная была бы немножко другой
В настоящее время в нашей Вселенной возрастом 13,8 миллиарда лет 32% энергетической плотности приходится на материю, 68% на темную энергию, скорость расширения составляет 67 км/с/Мпк, а пределы наблюдаемого достигают 46,1 миллиарда световых лет. Если бы Вселенная имела точно такое же количество материи, но не имела бы темной энергии, она бы расширялась быстрее раньше и медленнее — сегодня. И значит:
она была бы в размерах 47,7 миллиарда световых лет, а не 46,1 миллиарда;
постоянная Хаббла была бы 56 км/с/Мпк, а не 67 км/с/Мпк;
температура CMB (реликтового излучения) была бы значительно ниже, 2,62 К вместо 2,73 К;
и было бы, очевидно, на 71% меньше энергии в общем, вследствие нехватки темной энергии.
Но главные различия проявятся далеко в будущем, особенно когда нам придется столкнуться со своей судьбой.
2. Каждая галактика в наблюдаемой Вселенной была бы досягаемаВ нашей Вселенной, где царит темная энергия, скорость удаления галактик от нас увеличивается с каждой минутой. Галактики, которые сейчас в 15 миллиардах световых лет от нас, удаляются быстрее скорости света, и никто из покидающих Землю — ни с помощью релятивистского космического аппарата, ни с помощью зонда, ни даже сам свет — не сможет до них никогда добраться. Уже сейчас 97% галактик в нашей Вселенной навсегда оказались за пределами нашей досягаемости. Но если убрать темную энергию, можно было бы добраться куда угодно, даже если двигаться десятки или сотни миллиардов лет.
3. Новые галактики за пределами нашего горизонта стали бы доступныБолее того, даже галактики, свет которых никогда до нас не доходил, однажды станут видимы. А во Вселенной с темной материей видимые галактики постепенно смещаются до точки, когда перестают быть заметными для нас. В отсутствие темной энергии постоянно появлялись бы новые галактики в поле зрения.
4. Постоянная Хаббла в конечном счете упала бы до нуля
Но никогда не стала бы нулем, имейте в виду, и никогда не обернулась бы вспять: для этого слишком мало энергии. Но скорость Хаббла асимптотически приближалась бы к нулю по мере того, как Вселенная продолжала бы расширяться, а это означает, что по прошествии бесконечного количества времени доступным бы стало бесконечное число галактик (хотя, опять же, не все).
5. Сверхскопления действительно существовали быНаше местное сверхскопление, содержащее Местную группу, скопление Девы (самый большой член сверхскопления) и сотни других отдельных галактик, группы и скоплений, на самом деле не существует, благодаря темной энергии. Оно кажется гигантской структурой, но на деле не связано, и по истечении определенного времени все его компоненты разлетятся. Но без темной энергии гравитация в итоге победила бы. Прошло бы достаточно много времени, и все галактики, группы и скопления, составляющие сверхскопление Ланиакея, остались бы связаны и продолжили бы сливаться в космических масштабах.
6. В итоге Млекомеда впала бы в скопление Девы
Скопление Девы, в 50-60 миллионах световых лет от нас, содержит порядка 1000 галактик, и является ближайшим скоплением галактик в нашей местной группе. Из-за расширения Вселенной, в настоящее время оно удаляется от нас со скоростью 1000 км/ч, или в 100 раз быстрее, чем летал самый быстрый наш космический аппарат. С учетом темной энергии, Дева будет удаляться от нас все быстрее и быстрее. Но если бы темной энергии не было, гравитационное притяжение Девы было бы непреодолимым и через сотню миллиардов лет — во много раз больше нынешнего возраста Вселенной — наша местная группа также слилась бы со скоплением Девы.
С темной энергией едва заметные различия в виде более энергичной и быстрее расширяющейся Вселенной сегодня приведут нас в далекое будущее, в которой местная группа будет одинока и изолирована, далекие галактики исчезнут из поля нашего зрения, а такой объект, как связанное космическое сверхскопление, просто перестанет существовать принципиально. На самых больших масштабах Вселенная обречена на пустоту.
