Эксперимент бумеранга показал , что вселенная плоская .

В течение семидесяти лет, прошедших с тех пор, как Эдвин Хаббл измерил скорость
расширения Вселенной, астрономы работали все больше и больше
, чтобы точно определить ее величину. Вспомним, что в 1990 — х годах они наконец - то нашли
“ стандартную свечу ” - то есть объект, внутреннюю светимость которого, по мнению наблюдателей
, они могли самостоятельно определить, так что, когда они измеряли ее

видимая светимость, они могли затем определить ее расстояние. Стандартная свеча
казалась надежной и ее можно было наблюдать сквозь глубины
пространства и времени.

Недавно было продемонстрировано, что определенный тип взрывающейся звезды, называемый сверхновой типа Ia
, демонстрирует связь между яркостью и
долговечностью. Измерение того, как долго данная сверхновая типа Ia оставалась яркой
, впервые потребовало учета эффектов замедления времени из - за
расширения Вселенной, которые подразумевают, что измеренное время жизни
такой сверхновой на самом деле больше, чем ее фактическое время жизни в системе покоя.
Тем не менее, мы могли бы вывести абсолютную яркость и измерить ее
видимая яркость с помощью телескопов и в конечном итоге определяет расстояние до
галактики - хозяина, в которой взорвалась сверхновая. Измерение
красного смещения галактики в то же время позволило нам определить скорость.
Сочетание этих двух факторов позволяет нам с возрастающей точностью измерять
скорость расширения Вселенной.

Поскольку сверхновые настолько ярки, они не только предоставляют отличный инструмент для
измерения постоянной Хаббла, но и позволяют наблюдателям оглядываться назад на
расстояния, которые составляют значительную часть общего возраста Вселенной.

Это открывало новую и захватывающую возможность, которую наблюдатели рассматривали как
гораздо более захватывающую добычу: измерение того, как постоянная Хаббла изменяется в
космическом времени.

Измерение того, как изменяется константа, звучит как оксюморон, и это
было бы так, если бы не тот факт, что мы, люди, живем такими короткими жизнями, по крайней мере в
космическом масштабе. В человеческом масштабе времени скорость расширения Вселенной
действительно постоянна. Однако, как я только что описал, скорость расширения
Вселенной будет меняться с течением космического времени из - за воздействия гравитации.

Астрономы рассудили, что если бы они могли измерить скорость и
расстояние сверхновых, расположенных далеко — через дальние пределы
видимой вселенной, — то они могли бы измерить скорость, с которой расширение
Вселенной замедляется (поскольку все полагали, что Вселенная
действует разумно, и доминирующая гравитационная сила во вселенной
является притягательной). Это, в свою очередь, как они надеялись, покажет, была ли Вселенная
открытой, закрытой или плоской, потому что скорость замедления как функция времени
различна для каждой геометрии.

В 1996 году я провел шесть недель в лаборатории Лоуренса Беркли
, читая лекции по космологии и обсуждая различные научные проекты
со своими коллегами. Я говорил о нашем утверждении, что пустое пространство

а потом ко мне подошел Сол Перлмуттер, молодой физик,
работавший над обнаружением далеких сверхновых, и сказал: “ Мы
докажем, что вы ошибаетесь! ”

Сол имел в виду следующий аспект нашего предположения о плоской
вселенной, 70 процентов энергии которой должно содержаться в пустом
пространстве. Вспомним, что такая энергия производит космологическую постоянную,
приводящую к силе отталкивания, которая затем будет существовать во всем пространстве
и будет доминировать над расширением Вселенной, заставляя ее
расширение ускоряться, а не замедляться.

Как я уже говорил, если бы расширение Вселенной ускорялось
в течение космического времени, то Вселенная была бы сегодня старше, чем мы могли
бы предположить, если бы расширение замедлялось. Тогда это
означало бы, что взгляд назад во времени на галактики с заданным красным смещением будет
длиннее, чем в противном случае. В свою очередь, если они удалялись от
нас в течение более длительного времени, это означало бы, что свет от них исходил
издалека. Сверхновые в галактиках при некотором заданном измерении

Схематически, если бы мы измеряли зависимость скорости от расстояния, наклон
кривой для относительно близких галактик позволил бы нам определить
сегодняшнюю скорость расширения, а затем, изогнутая ли кривая вверх или вниз
для далеких сверхновых, сказала бы нам, ускоряется
или замедляется Вселенная в космическом времени.

Через два года после нашей встречи Сол и его коллеги, входившие в
международную группу под названием Космологический проект сверхновых, опубликовали
статью, основанную на ранних предварительных данных, которые действительно предполагали, что мы
ошибались. (На самом деле они не утверждали, что Тернер и я были неправы, поскольку
они, как и большинство других наблюдателей, действительно не придавали большого
значения нашему предложению.) Их данные предполагали, что
график расстояния по сравнению с смещением искривлен вниз, и, таким образом, верхний предел энергии
пустое пространство должно было быть значительно ниже того, что требовалось бы, чтобы внести
значительный вклад в общую энергию сегодня.

Однако, как это часто бывает, первые поступившие данные могут быть не
репрезентативными для всех данных — либо вам просто статистически не повезло, либо
неожиданные систематические ошибки могут повлиять на данные, которые не проявятся
, пока у вас не будет гораздо большей выборки. Так обстояло дело с данными,
опубликованными Космологическим проектом " Сверхновая ", и поэтому выводы оказались
неверными.

Другой международный проект по поиску сверхновых, получивший название High-Z
Supernova Search Team, возглавляемый Брайаном Шмидтом из обсерватории Маунт
- Стромло в Австралии, выполнял программу с той же целью,
и они начали получать разные результаты. Брайан недавно сказал мне, что, когда
их первое значительное определение Сверхновой с Высоким Z пришло, предполагая
ускоряющуюся вселенную со значительной энергией вакуума, они были
отклонены на время телескопа и проинформированы журналом, что они, должно быть, ошибаются
, потому что Космологический проект сверхновых уже определил, что
вселенная действительно была плоской, и в ней господствовала материя.

Подробная история соперничества между этими двумя группами
, несомненно, будет воспроизведена много раз, особенно после того, как они разделят Нобелевскую
премию, что, несомненно, произойдет.

*

Здесь не место беспокоиться о
приоритете. Достаточно сказать, что к началу 1998 года группа Шмидта опубликовала
статью, демонстрирующую, что Вселенная, похоже, ускоряется. Примерно
через полгода группа Перлмуттера объявила о подобных результатах и
опубликовала статью, подтверждающую результат сверхновой High-Z, фактически
признавая свою предыдущую ошибку — и придавая больше доверия Вселенной
, в которой доминирует энергия пустого пространства или, как теперь чаще
называют, темная энергия.

Скорость, с которой эти результаты были приняты научным
сообществом — даже несмотря на то, что они потребовали полного пересмотра всей
принятой картины Вселенной — представляет собой интересное исследование в научном сообществе.

социология. Почти в одночасье, казалось, было всеобщее признание
результатов, хотя, как подчеркнул Карл Саган, “ Экстраординарные
утверждения требуют экстраординарных доказательств ”. Это было, конечно, экстраординарное
заявление, если оно вообще было.

Я был потрясен, когда в декабре 1998 года журнал Science назвал
открытие ускоряющейся Вселенной Научным прорывом
года, выпустив замечательную обложку с рисунком потрясенного Эйнштейна.

Я не был шокирован, потому что считал, что результат не достоин прикрытия.
Если это правда, то это было одно из самых важных астрономических
открытий нашего времени, но данные в то время были просто сильно
наводящими на размышления. Они требовали такого изменения в нашей картине Вселенной, что я
чувствовал, что мы все должны быть более уверены в том, что другие возможные причины
эффектов, наблюдаемых командами, могут быть окончательно исключены, прежде
чем все прыгнут на подножку космологической постоянной. Как я уже говорил в

по крайней мере, один журналист в то время: “ Впервые я не поверил в
космологическую постоянную, когда наблюдатели заявили, что открыли ее ”.

Моя несколько шутливая реакция может показаться странной, учитывая, что я
продвигал эту возможность в той или иной форме в течение, возможно, десятилетия. Как
теоретик, я чувствую, что спекуляция прекрасна, особенно если она способствует новым направлениям
для эксперимента. Но я считаю, что при
изучении реальных данных следует быть как можно более консервативным, возможно, потому, что я достиг научной зрелости в
период, когда так много новых и захватывающих, но предварительных заявлений в моей собственной области
физики частиц оказались ложными. Открытия, начиная от
заявленная новая пятая сила в природе к открытию новых элементарных
частиц к предполагаемому наблюдению, что наша вселенная вращается в целом
, пришла и ушла с большим шумом.

Наибольшее беспокойство во время относительно заявленного открытие
ускоряющейся Вселенной было то, что далекие сверхновые могут появиться тусклее, чем
они могли бы быть, не из - за ускоренного
расширения, но лишь потому, что либо (а) они являются диммер, или (B) возможно,
некоторые межгалактические и галактические пыли, присутствующей в древние времена частично скрывает
их.

Тем не менее за прошедшее десятилетие оказалось, что доказательства
ускорения стали ошеломляющими, почти безукоризненными. Во - первых,
было измерено еще много сверхновых с большим красным смещением. Исходя из этого,
комбинированный анализ сверхновых из двух групп, проведенный в течение
года после первоначальной публикации, дал следующий график:

В качестве ориентира для глаз, чтобы помочь вам увидеть
, изгибается ли кривая смещения расстояния вверх или вниз, наблюдатели нарисовали
пунктирную прямую линию в верхней половине графика от нижнего левого до
верхнего правого угла, которая проходит через данные, представляющие близлежащие сверхновые.
Наклон этой линии говорит нам о сегодняшней скорости расширения. Затем в нижней
половине фигуры они сделали ту же самую прямую линию горизонтальной, чтобы направлять
взгляд. Если бы Вселенная замедлялась, как ожидалось в 1998 году, то
далекие сверхновые при красном смещении (z), близком к 1, падали
бы ниже прямой. Но, как видите, большинство из них падает выше прямой. Это
происходит по одной из двух причин:

1. данные неверны, или
2. расширение Вселенной ускоряется.

Если мы возьмем на данный момент второй вариант и спросим: “ Сколько
энергии мы должны поместить в пустое пространство, чтобы произвести
наблюдаемое ускорение? ” ответ, к которому мы пришли, поразителен.
Сплошная кривая, которая лучше всего соответствует данным, соответствует плоской Вселенной, с 30
процентами энергии в материи и 70 процентами в пустом пространстве. Это,
как ни странно, именно то, что необходимо для того, чтобы сделать плоскую вселенную
совместимой с тем фактом, что в ней существует только 30 процентов необходимой массы.
и вокруг галактик, и вокруг скоплений. Было
достигнуто видимое согласие.

Тем не менее, поскольку утверждают, что 99% Вселенной - это
невидимая (1 процентов видимой материи, внедренные в море темной материи
в окружении энергии в пустом пространстве) вписывается в категорию
странное утверждение, мы должны серьезно рассмотреть первую из двух
возможностей я упомянул выше: а именно, что сведения ошибочны. В течение
прошедшего десятилетия все остальные данные космологии продолжали
укреплять общую согласованную картину хаотичной плоской вселенной.
в котором доминирующая энергия находится в пустом пространстве и в котором все
, что мы можем видеть, составляет менее 1 процента от общей энергии, при
этом материя, которую мы не можем видеть, состоит в основном из некоторых еще неизвестных, новых типов
элементарных частиц.

Во - первых, новые данные об эволюции звезд улучшились, как новые спутники
предоставляют нам информацию о элементный состав старых звезд.
Используя эти, мой коллега Chaboyer и я смог, в 2005 году, чтобы
окончательно продемонстрировать, что неопределенность в оценках возраста
Вселенной, используя эти данные были теперь достаточно маленький, чтобы исключить жизни
моложе, чем около 11 миллиардов лет. Это было несовместимо с любой
вселенной, в которой само пустое пространство содержало значительное количество энергии.
энергия. Опять же, поскольку мы не уверены, что эта энергия обусловлена
космологической постоянной, она теперь называется более простым названием “ темная энергия ”, по
аналогии с прозвищем “ темная материя ”, которое доминирует в галактиках.

Эта оценка возраста нашей Вселенной была значительно улучшена примерно
в 2006 году, когда новые точные измерения космического микроволнового
фона с помощью спутника WMAP позволили наблюдателям точно
измерить время после Большого взрыва. Теперь мы знаем возраст Вселенной
с точностью до четырех значимых цифр. Ему 13,72 миллиарда лет!