Текст книги "На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё"

Казалось очевидным, что первый вариант едва ли можно считать вариантом вообще: не существует наблюдателя, находящегося вне пространства и времени. Поэтому вопрос, казалось бы, сводится к тому, как квантовая механика работает в замкнутой системе. А может быть, квантовая механика вовсе не виновата? Может быть, квантовая космология пытается сказать нам, что не существует замкнутой системы? В конце концов, в модели Маркопулу Вселенная – это просто набор открытых систем, каждая из которых определена для своего собственного наблюдателя. Но если не существует единой замкнутой системы, то как быть с реальностью? Со Вселенной в целом?

Имеет ли вообще смысл говорить о Вселенной в целом, или само это понятие требует невообразимого божественного наблюдателя? Может быть, мы ошибаемся, думая о Вселенной как о вещи, имени существительном, объекте, обладающем всеми теми свойствами, которыми должны обладать объекты, включая сюда и их внешнюю сторону? Но если Вселенная – это не предмет, тогда что это? Беспорядочный набор точек зрения? И если это так, то чьих точек зрения?

Эти вопросы напомнили мне один ночной разговор с отцом, когда я училась в средней школе. Мы говорили об искривлении пространства-времени.

– Погоди-ка, – сказала я. – Если пространство-время – это все, что есть, как оно может быть кривым? Оно должно быть искривленным относительно чего-то внешнего, оно должно быть встроено в пространство с большей размерностью.

Я с гордостью улыбнулась: пятнадцатилетней девчонкой я смогла заметить пробел в теории Эйнштейна.

Отец лишь рассмеялся:

– Математика позволяет говорить о внутренней кривизне, так что можно измерить кривизну пространства-времени. Это не обязательно должно относиться к чему-либо вне его. Кривизна – это просто деформация метрики.

Теперь я подумала: а если что-то подобное может спасти Вселенную? Существует ли какая-нибудь возможность говорить о Вселенной, рассматривая ее только изнутри? Маркопулу, казалось, так и полагала, но за это приходится платить немалую цену. Это означало отказаться от обычной булевой логики и заменить ее логикой, которая зависит от наблюдателя. Это означало переопределение того, что мы называем истиной. Это означало отказ физики от способности делать абсолютные утверждения относительно окончательной реальности. Утверждения больше не носят бинарный характер – «истина» или «ложь». Они становятся «истиной» или «ложью» в зависимости от некоторых свойств наблюдателя.

Я смеялась про себя, думая о том, насколько некоторые мои старые одноклассники из Новой школы, которые постоянно несли постмодернистский бред, были бы рады услышать, что истина относительна. Конечно, то, что говорила Маркопулу, никак не попадало в их систему понятий: ни то, что относительность истины определяется геометрией систем отсчета и объективными законами физики, ни то, что под «наблюдателями» тут имелись в виду отнюдь не люди, а «независимые наблюдатели» не подразумевали субъективности. Но я легко могла представить себе, какой простор для произвольных интерпретаций тут открывался.

В результате разговора с Маркопулу было ясно одно: прежний подход к космологии больше не работает. Мы больше не можем продолжать делать вид, что можно описать Вселенную извне, с точки зрения внешнего богоподобного существа. Необходимо брать в расчет то, что видят отдельные наблюдатели изнутри своих световых конусов.

Тротуары Нью-Йорка пылали жаром. Я чувствовала себя обладателем Тайны. Город, по которому я шла, был совсем не тот, который я оставила, когда входила в отель Tribeca Grand. Я смотрела на людей, которые, спеша каждый по своим делам, обгоняют меня по тротуару дальше, словно такие понятия, как «истина», «ложь», «пространство» и «время» все еще что-то для них значат.

«Это правильно, – подумала я, – продолжайте потягивать ваш фрапучино и смотреть на мир через ваши булевы очки. Бинарная логика – это блаженство».

Человек, прогуливавшийся с несколькими собаками, проходя мимо, нечаянно налетел на меня. «В этом нет ничего необычного, – сказала я себе, когда он даже не потрудился извиниться. – Мы же даже не живем в одной вселенной». Для таких, как я, для тех, кто страшится толпы, это, как ни странно, довольно уютная мысль. У каждого из нас своя собственная вселенная: она, может быть, немного безлюдна, но зато прекрасна. Мы просто этого не замечаем, потому что наши вселенные слишом часто перекрываются.

Я была настолько погружена в себя, что не заметила, как прошла свою станцию метро, очнулась только рядом со следующей. Перед тем как спуститься в безбожную духоту, царившую на платформе, я достала из сумки сотовый и набрала номер офиса отца.

– Это было потрясающе, – сказала я ему. – Я перешлю тебе интервью, как только расшифрую его. Эта встреча заставила меня задуматься: может быть, не имеет смысла думать о нашем ничто извне, поскольку никакого «вне» не существует? По определению ничто бесконечно и безгранично. Наверное, мы должны подумать о том, как это выглядит изнутри, так как это единственный способ на него посмотреть.

Я замолчала на мгновение:

– Ты не думаешь, что световые конусы могут быть границами, на которых ничто превращается в нечто?

Глава 3
Улыбнитесь!

Мама рассказывала, что она точно помнит, что она делала в тот момент, когда она услышала, что Джон Ф. Кеннеди убит. Мой отец точно помнит, где он находился, когда Нил Армстронг ступил на поверхность Луны. А я? Я никогда не забуду тот день, когда WMAP опубликовал свои данные.

Это было 12 февраля 2003 года, я была у себя в Бруклине и разговаривала по телефону с ветеринарной скорой помощью. Моя собака Кэссиди, черный лабрадор, забралась в кладовку, учуяв яд для тараканов, и быстро разделалась там с целой упаковкой, разжевав ее вместе с коробкой и всем прочим. Когда я увидела искромсанные остатки ее трапезы, я в панике бросилась звонить в скорую. Женщина на другом конце провода спокойно спросила меня, какой марки был яд, затем она попросила подождать несколько минут, которые понадобятся ей на поиск ингредиентов. Пока она печатала что-то на компьютере, Кэссиди, довольная собой, разлеглась на полу у моих ног. Я пролистывала свежий номер New York Times.

– Святые угодники!

– Мисс, с собакой все в порядке? – забеспокоилась оператор.

– Что? Ах да, с собакой все хорошо, извините. Опубликованы данные по космическому микроволновому фону.

– Что?

– Реликтовое излучение. Лучшее изображение ранней Вселенной.

– Уф, – сказала она. – Вы о космосе?

– Вроде того, – сказала я. – Это картина мироздания примерно четырнадцать миллиардов лет назад.

– Хорошо.

Она продолжила поиски, а я тем временем читала статью. Наиболее подробная карта Вселенной, какой она была сразу после ее рождения, с удивительной точностью подтверждает теорию Большого взрыва и открывает новую главу в ранней истории космоса… дает первое указание на природу «динамита» Большого взрыва…

– С вашей собакой должно быть все в порядке, мисс. Ингредиенты токсичны для насекомых, но не для млекопитающих. Единственное, что меня беспокоит, – это пластик. Это дешевый пластик, и он может образовать осколки в желудке. Лучше всего, если вы скормите ей батон. Хлеб обволакивает пластмассу и предотвращает от повреждений.

– Батон целиком? – спросила я.

– Да.

Я поблагодарила ее, схватила перчатки и шарф и направилась в магазин на углу за хлебом. Пока я ждала в очереди в кассу, я отправила моему отцу эсэмэску: WMAP!

Когда я вернулась в квартиру, Кэссиди встретила меня, виляя хвостом.

– Это твой счастливый день, – сказала я ей, накрошив хлеба в миску. В качестве наказания за тараканий яд я дала ей самое объемное в ее жизни лекарство. Пока она блаженно пожирала его, я открыла веб-страницу НАСА.

«НАСА опубликовало сегодня лучшие „картинки из детства“ Вселенной, когда-либо полученные. Изображения содержат такие потрясающие подробности, что это может быть один из наиболее важных научных результатов последних лет», – сообщал пресс-релиз.

Десятилетием раньше, когда спутник COBE сделал первые снимки новорожденной Вселенной, будущий лауреат Нобелевской премии Джордж Смут сказал, что это как если бы мы увидели лицо Бога. Новый космический зонд микроволновой анизотропии имени Уилкинсона, известный по аббревиатуре своего английского названия как WMAP и обладающий в тридцать пять раз более высокой чувствительностью, мог теперь разглядеть его слабые веснушки и тончайшие морщины у губ. Пресс-релиз пояснял, что данные подтверждают теорию Большого взрыва и инфляционную модель, которые являются основой космологической стандартной модели. Прислушавшись, вы могли бы услышать звук откупориваемого шампанского.

Стандартная модель началась с Большого взрыва. С Эдвина Хаббла, наблюдавшего на горе Уилсон за галактиками, разбегающимися в бесконечных просторах пространства и времени. С Эйнштейна, с ужасом осознавшего свою величайшую ошибку: находясь в плену своих философских предрассудков, он упустил возможность сделать из своих уравнений самый неординарный вывод: что Вселенная расширяется и что пространство-время растягивается, растет вокруг нас.

Физикам не понадобилось много времени, чтобы мысленно прокрутить фильм назад во времени, пронаблюдать, как галактики устремляются навстречу друг другу, Вселенная становится все меньше и меньше, плотнее, жарче, сжимаясь в одну точку.

Если Вселенная зародилась в огне, то от него должен был остаться дым. Космос должно наполнять излучение рождающейся Вселенной, за четырнадцать миллиардов лет расширения растянутое в микроволновое фоновое излучение с температурой межзвездного пространства чуть-чуть выше абсолютного нуля. Арно Пензиас и Роберт Вильсон, два радиоастронома, работавших в Лаборатории имени Белла в 1965 году, случайно обнаружили излучение во время поиска источника постоянного статического шума их антенны. Сначала они думали, что виной всему был голубиный помет. Оказалось, что это было реликтовое излучение, и они стали лауреатами Нобелевской премии.

Но что-то в истории о реликтовом излучении не складывалось. Оно обладало одной и той же температурой, независимо от направления наблюдения на небе. Выбираем мы участок неба на расстоянии двенадцати миллиардов световых лет от нас в одном направлении, измеряем температуру микроволнового фона, и она оказывается равной 2,7 кельвинам. Выбираем другой участок неба на расстоянии двенадцати миллиардов световых лет от нас в противоположном направлении – и снова 2,7 кельвина. Разделенные расстоянием в двадцать четыре миллиарда световых лет, эти две области не могли узнать друг о друге всего за четырнадцать миллиардов лет истории Вселенной. Но они обладали одной и той же температурой, измеренной с точностью невероятной, чтобы это было просто совпадением. Чего-то в этой картине недоставало.

Решение проблемы пришло к Алану Гуту, тогда еще никому неизвестному постдоку[14]14
  Постдок – временная исследовательская позиция в американских университетах и лабораториях, наиболее доступная для ученых, недавно защитивших диссертацию.


[Закрыть] из Стэнфордского университета, поздней декабрьской ночью 1979 года как внезапное озарение. Он размышлял о монополях. В то время физики считали, что при чрезвычайно высоких температурах в первые мгновения после Большого взрыва все взаимодействия частиц объединены в единую суперсилу, которая затем разделяется на свои составляющие по мере того, как Вселенная расширяется и охлаждается. У этой идеи был один существенный недостаток. Когда температура снижается, суперсила – это не единственное, что подлежит расщеплению на составляющие: пространство-время само должно будет претерпевать топологические повреждения. Подобно воде, превращающейся в кристаллы льда, фрагменты пространства-времени при замерзании превращаются в экзотические частицы – согласно предсказанию теории, у них должен быть только один магнитный полюс, и поэтому они получили название монополей, однако их существование не было экспериментально подтверждено и оставалось гипотетическим. Неудача в поисках монополей представляла собой серьезную проблему для теории, которая предсказывала, что во Вселенной монополи более многочисленны, чем атомы.

Посидев над задачей, Гут понял, каким мог быть Большой взрыв, чтобы в пространстве-времени не было монополей. Решение пришло внезапно, и он записал в своем блокноте: «Захватывающий сценарий!»

Идея Гута заключалась в том, что, если в первые доли секунды расширения Вселенной некоторые ее части удаляются со скоростью больше скорости света, то любые монополи, возникнув в результате Большого взрыва, очень быстро окажутся за пределами области, доступной для каких-либо реальных наблюдений. Такое быстрое раздувание, называемое инфляцией, объясняет, почему никто никогда не наблюдал монополи в природе. И, в качестве бонуса, это также объясняло, почему значение температуры реликтового излучения распределено в пространстве настолько равномерно.

Почему области пространства, расположенные настолько далеко друг от друга, что даже свету не хватило бы всего времени существования Вселенной, чтобы из одной попасть в другую, имеют одну и ту же температуру, объяснить не просто. Ведь у них не было времени прийти в состояние термодинамического равновесия. Теория инфляции находит это дополнительное время за счет того, что некоторые области удаляются друг от друга со скоростью большей скорости света. Само по себе сверхсветовое расширение кажется находящимся в вопиющем противоречии с теорией относительности, но здесь имеется своеобразная космическая лазейка: хотя ничто в пространстве-времени не может двигаться быстрее, чем свет, нет закона, запрещающего самому пространству-времени расширяться со сверхсветовой скоростью. У фотонов не было нужного времени, чтобы обеспечить термодинамическое равновесие между удаленными областями, но если сами эти области удаляются друг от друга со сверхсветовыми скоростями, у фотонов появляется дополнительный запас времени, позволяющий им добраться до самых далеких уголков космоса гораздо быстрее, чем они могли бы, двигаясь сами по себе.

Конечно, чтобы теория заработала, необходим какой-то физический механизм, который заставит Вселенную раздуваться, словно рыба фугу. И Гут его придумал. Он предположил, что новорожденная Вселенная была заполнена полем гипотетических частиц – инфлатонов, представляющим собой ложный вакуум, то есть состояние неустойчивого равновесия с энергией, превышающей энергию основного состояния. Его можно сравнить с мячиком, катящимся с горы вниз и на мгновение задержавшимся на случайном выступе на полпути. Легкого толчка достаточно, чтобы столкнуть его дальше вниз, к основному состоянию, которое мы в этом случае называем землей. В случае с инфлатонами толчок к более низкому энергетического состоянию обеспечивают квантовые флуктуации. В этот момент в пространстве-времени действует отрицательное давление, своего рода антигравитационная сила, которая заставляет Вселенную экспоненциально расширяться, увеличиваясь в миллион триллионов триллионов раз в течение всего долей секунды. Как выразился Гут, инфляция объясняет, что начинает взрываться.

Когда Вселенная перейдет в истинный вакуум, вся кинетическая энергия инфлатонного поля высвободится, разогрев зарождающуюся Вселенную до тысячи триллионов триллионов градусов и заполнив ее излучением. То, что когда-то было крошечной квантовой флуктуацией плотности материи и энергии размером порядка 10^—33 сантиметра, теперь растянулось до астрономических размеров, покрытое тонкой рябью и рассеченное глубокими долинами на всем протяжении пространства, определяя гравитационный ландшафт, которому в конечном счете предстоит стать сетью звезд и галактик.

Горячая Вселенная продолжает расширяться за счет инерции инфляции. Первые 380 000 лет горячая плазма настолько плотно заполняет пространство, что даже свет не может распространяться через него. Любой фотон, который пытается выкарабкаться оттуда, быстро поглощается протонами или электронами. Но по мере расширения Вселенной ее температура снижается, и частицы замедляются в достаточной степени, чтобы образовывать связанные состояния. По мере того как материя самоорганизуется в ядра, а затем и в атомы, фотоны, высвобожденные из непрозрачной плазмы, устремляются путешествовать по Вселенной самостоятельно. Эти высвобожденные фотоны первого поколения как раз и составляют микроволновой фон, отпечаток Вселенной от времени.

В то время как фотоны беспрепятственно распространяются в пространстве, частицы собираются в областях с повышенной плотностью, высеченных квантовыми флуктуациями, положив начало цепной реакции гравитационного коллапса. Материя громоздится и уплотняется, ее температура неуклонно растет, пока, примерно через двести миллионов лет, не запустится ядерный синтез. В этот момент пейзаж резко изменяется: звезды начинают сиять во тьме, рассеянные по всему небу. Цепная реакция продолжается – звезды сливаются в галактики, галактики в кластеры, кластеры в сверхскопления.

Все это время Вселенная продолжает лениво расширяться. В конце концов родилась звезда, вокруг которой какой-то каменистый мусор образовал планетарную систему. На одной конкретной каменистой планете, третьей от звезды, такие элементы, как кислород, водород и углерод, оказались вместе, элементы, рожденные в печах других звезд, взорвавшихся суперновых, и преодолевшие пустое пространство, чтобы в один прекрасный день оказаться на счастливой планете, где они смогли объединиться и создать условия, пригодные для жизни. Жизнь из какой-то первобытной слизи росла, размножалась и эволюционировала до тех пор, пока – раз! – и не появились на свете мы.

Только история на этом не заканчивается. Если инфляция и в самом деле была, то она была не раз. Пока наша скромная Вселенная эволюционировала, вокруг происходило что-то гораздо, гораздо большее. Благодаря квантовой случайности ложный вакуум, из которого родилась наша Вселенная, не мог распадаться везде с одной и той же скоростью. В то время как одна область ложного вакуума скатывалась в основное состояние, с возникновением нашей Вселенной, другие области отставали. В конце концов они также испытают распад, образуя другие вселенные, навсегда изолированные от нашей собственной. И так далее, до бесконечности… Не важно, как много родилось вселенных, всегда существуют области ложного вакуума, и процесс возникновения вселенных никогда не заканчивается. Инфляция идет перманентно.

Даже если мы допустим, что расширение произошло единожды в нашей космической истории, мы вдруг обнаружим бесконечное число вселенных за пределами нашей собственной, постоянно растущую мультивселенную, Мета-Вселенную с большой буквы, состоящую из причинно не связанных малых вселенных, возникающих последовательно одна из другой в непрерывном процессе рождения и размножения. И хотя все они подчиняются некоторым общим фундаментальным законам физики, каждая вселенная рождается со своими локальными законами, своей геометрией, своим набором физических констант, своим семейством элементарных частиц, своим собственным спектром взаимодействий и своей уникальной историей. Реальность в целом напоминает необъятное космическое лоскутное одеяло, дико разнообразное и быстро устремляющееся в бесконечность.

Данные WMAP позволили космологам составить подробную карту микроволнового излучения неба, на которой видны небольшие отклонения от средней температуры, горячие и холодные пятна, температуры которых различались лишь на одну стотысячную градуса… Эти пятна образовались на этапе, когда плотная плазма все еще заполняла раннюю Вселенную, они – свидетели борьбы между гравитацией и электромагнетизмом. Если гравитация пыталась плотнее сжать плазму, то электромагнитное излучение пыталось раздуть ее. Это напоминало игру с перетягиванием каната, сжатие и растяжение меха плазменной гармошки. Когда плазма плотнее сжата, она нагревается, а когда она расширяется, она охлаждается, оставляя за собой горячие и холодные области, которые WMAP обнаружил четырнадцать миллиардов лет спустя.

Эти колебания – отпечатки пальцев, вещественные доказательства эволюции ранней Вселенной. Трудно было поверить, что цветные пятна, выглядевшие случайно разбросанными по карте, на самом деле содержат подробную информацию о Вселенной, ее происхождении и эволюции. Такие точные данные, как данные WMAP, переводят космологию из спекулятивной в разряд строгих наук, наравне с астрономией и астрофизикой. В космологии начинался золотой век, и космологи были готовы устроить по этому поводу большой праздник.

И на самом деле такой праздник был уже даже запланирован. Я узнала об этом из интернета: большая четырехдневная конференция должна была пройти через месяц в Калифорнийском университете в Дейвисе. Я должна была туда попасть!

Я позвонила отцу.

– Четыре дня солнца и космологии! – сказала я. – Если мы хотим понять происхождение Вселенной, то это те самые люди, которые смогут нам все объяснить. Ты должен поехать со мной!

Он вздохнул:

– Я хотел бы, но не смогу. Мне необходимо было предупредить об этом на работе заранее. Но ты должна туда поехать! Быть журналистом. Записывай как можно больше для меня.

Я повесила трубку, не зная, хочу ли ехать туда одна. У нас была общая миссия; выступление соло казалось мне неправильным. Я имею в виду именно поездки на конференции по физике, они были нашим делом – насколько, конечно, сделанное один раз можно считать «делом». При этом я в одиночку брала интервью у Фотини Маркопулу, но, похоже, это было не совсем то же самое. Главная идея нашей борьбы за повышение своего журналистского рейтинга заключалась в том, чтобы использовать его для создания новых кротовых нор ко все большему числу конференций. Заново обдумывая это решение, я совсем не была уверена, что наш рейтинг помогал бы отцу проникать куда-либо, но тогда это казалось маленькой технической трудностью, из тех, что преодолеваются по мере поступления. Теперь я начала сомневаться, достаточно ли хорошо я все взвесила за те пять секунд, которые понадобились мне, чтобы его принять. Возможно, что оно было слишком спонтанно. Выбирая карьеру научного журналиста, я понимала, что наши пути в скором времени разойдутся, подобно двум параллельным мировым линиям, которые, находясь в блаженном неведении, пересекают искривленное пространство, и, оглядываясь назад, я вижу, как росла дистанция между нами, несмотря на все наши усилия, направленные на то, чтобы продолжать двигаться вместе по прямой.

Но какой был у меня выбор? Мне было двадцать два, и я могла позволить себе проводить время в идеалистических грезах. Это было похоже на путешествие с рюкзаком по Европе, если только забыть о том, что ни за какие коврижки я не буду таскать на себе рюкзак, и тем более о том, что нужные мне на месяц одежда и обувь ни в какой рюкзак не поместятся. Итак, я выбрала окончательную реальность. И чем же мне пришлось ради этого пожертвовать? Работой в онтологически сомнительном журнале в квартире какого-то парня. Для моего отца все было совершенно иначе. Он уже выбрал свой путь. У него были семья, дом и карьера. Он работал в больнице каждый день, с утра до вечера, от него зависело спасение человеческих жизней. Он не собирался взять и бросить свою работу. Даже если бы он и захотел, у него бы ничего не вышло, потому что мама никогда бы не отпустила его в свободное плавание.

«Я должна продолжать путь в одиночку, – подумала я, – зная, что я делаю это за нас обоих». Я отправила электронное письмо тому, кто отвечает за регистрацию журналистов. «Я пишу о физике, – сообщала я. – Я работаю внештатно с журналом Scientific American». Это было почти правдой, за исключением того, что я использовала настоящее время. Мое интервью с Маркопулу было опубликовано в предыдущем выпуске журнала. Организаторы конференции сразу предоставили мне пресс-пасс, и я забронировала билет в Калифорнию.

Несколько недель спустя, прибыв в Дейвис, я наслаждалась, после промозглого Бруклина, теплым калифорнийским воздухом. Каждое утро я проходила пешком несколько кварталов от моего отеля до университетского кампуса ради восьми часов лекций по физике, перемежающихся кофе-брейками и обедом. Я яростно строчила в своем блокноте, стараясь поспеть за докладчиками, выступавшими со сцены, пытаясь продраться сквозь слои научного жаргона и понять, о чем, черт возьми, все они говорили. Получалось это у меня не очень хорошо. В мире, к которому я не принадлежу и языком которого не владею, я так и не почувствовала себя как дома.

Не сказать, чтобы я совсем выпадала из этого общества. Мой пол, возраст и сомнительный род занятий, конечно, давали о себе знать. Но я сделала все от меня зависящее, чтобы слиться с окружением. Я прикрыла мои татуировки рубашкой с длинными рукавами. Я носила мокасины. Я пыталась не привлекать особого внимания.

Большинство докладов были посвящены тому, что́ данные WMAP означают для нашего понимания Вселенной. Для начала они позволили более точно определить возраст Вселенной, который составил 13,7 млрд лет. Далее они предоставили уникальную возможность определиться с геометрией Вселенной.

Благодаря гравитации наше пространство искривлено. При этом возможны три варианта космической геометрии: Вселенная может иметь положительную кривизну, подобно поверхности сферы; отрицательную кривизну, подобно поверхности седла; или быть плоской, как обычное евклидово пространство, в котором параллельные линии не расходятся и не пересекаются.

Лучший способ определить геометрию пространства – это нарисовать большой треугольник и сложить его углы. Если их сумма больше 180 градусов, вы будете знать, что пространство положительно изогнуто; если их сумма меньше, то кривизна отрицательна.

Слушая доклады, я узнала, что реликтовое излучение позволяет построить идеальный космический треугольник со спутником WMAP в самом остром из его углов. Траектории двух фотонов, испущенных из противоположных концов горячего или холодного пятна, представляют собой две равные стороны длинного узкого треугольника, их длина определяется временем, которое свет провел в пути, поскольку плазма излучила фотоны одновременно. Длина третьей стороны треугольника определяется расстоянием, на которое звуковые волны могут распространиться за 380 000 лет, то есть поперечным размером горячего или холодного пятна.

Зная длины всех трех сторон и используя простейшие законы тригонометрии, физики вычислили, что углы у основания треугольника составляют каждый 89,5 градусов, или в сумме 179 градусов. Теперь им просто нужен третий ближайший к нам угол. Если фотоны распространялись вдоль прямой линии, этот угол будет равняться одному градусу, доведя общую сумму до 180. Если их траектории были выгнуты наружу, как если бы они прошли сквозь положительно изогнутую Вселенную, то этот угол будет больше, а если их траектории были вогнуты внутрь из-за отрицательной кривизны, то этот угол был бы меньше. Согласно данным WMAP, третий угол равнялся точно одному градусу. Мы живем в евклидовом пространстве.

Но оставалась одна проблема. Геометрия Вселенной определяется суммарной массой или, с учетом того, что E = mc², энергией, которую она содержит. Как сказал бы Уилер, масса говорит пространству, как ему искривляться. Для того чтобы Вселенная была плоской, требуется критическая плотность массы, соответствующая в среднем шести атомам водорода на один кубический метр. На первый взгляд это совсем не много. Можно подумать, что в космосе наберется более чем достаточно материала, с учетом всех звезд и галактик. Но нет. И даже не близко.

Обычная материя – частицы, такие как протоны, электроны и кварки, – составляет жалкие 4 % от того, что нам нужно, чтобы набрать критическую плотность. Наша планета, звезды, мы сами – все, что мы видим и знаем, – дает пренебрежимо малый вклад в космическую систему вещей. Это не более чем скорбная, хоть и сияющая, вершина огромного темного айсберга.

Так что же еще находится во Вселенной? У физиков на этот счет есть несколько идей.

С одной стороны, они уже давно знали, что во Вселенной содержится гораздо больше материи, чем видит глаз. Это было обнаружено благодаря простому факту: галактики не рассыпаются на миллиарды звезд, покидающих свой галактический дом во всех направлениях. Некая сила притяжения удерживает их вместе, собрав в тугую спираль или эллиптические образования, несмотря на то что общая масса всех звезд в типичной галактике не обеспечивает достаточной гравитации, чтобы проделать этот фокус. Что-то еще должно прятаться тут, скрытое в темном пространстве между звездами или окружающее каждую галактику невидимым забором, не позволяя звездам вылетать из нее. Это что-то должно обеспечивать необходимую силу тяжести, но одновременно оставаться невидимым, это что-то крепкое и твердое, как и материя, но не безразличное к электромагнетизму. Что-то темное.

Астрономы подсчитали, сколько этой темной материи скрывается в космосе. Но когда вы сложите ее с видимой частью материи, то получите только 27 % общей массы и энергии, необходимых для того, чтобы распрямить Вселенную. Неизвестные 73 % по-прежнему отсутствуют.

Введем темную энергию. В конце 90-х годов две команды астрофизиков – одна под руководством Сола Перлмуттера, другая под руководством Брайана Шмидта и Адама Рисса – занимались поисками сверхновых звезд в надежде измерить скорость расширения Вселенной. Они знали, что все началось с инфляционного раздувания, но считали, что затем расширение Вселенной стало замедляться, сдерживаемое гравитацией, и так и продолжает замедляться до сих пор.

Перлмуттер, Шмидт и Рисс поняли, что история расширения Вселенной записана в свете от взорвавшихся когда-то звезд. Некоторые виды сверхновых звезд, так называемые стандартные свечи, светят всегда с одной и той же силой, даже если кажутся несколько потускневшими из-за большого расстояния до них. Именно то, насколько потускневшей мы видим стандартную свечу, позволяет определить, как далеко от нас она находится. По мере того как ее свет проходит через расширяющееся пространство, его волны удлиняются, смещаясь по спектру в красную сторону. Это красное смещение показывает, насколько Вселенная расширилась за время, которое потребовалось свету, чтобы добраться до нас. Регистрируя свет от многих стандартных свечей, расположенных на различных расстояниях, физики нанесли на карту историю расширения Вселенной. Оказалось, что расширение Вселенной не только не замедляется. Оно ускоряется.

Что же может ускорить расширение Вселенной вопреки замедляющим его силам гравитации? Какие-то таинственные темные силы должны пронизывать пустоту межзвездного пространства, прячась в глубинах вакуума, расталкивая его, как своего рода антигравитация, заставляя пространство-время расширяться все быстрее и быстрее. Сколько этой темной энергии содержится в космосе, если судить по наблюдениям за сверхновыми звездами? Ответ похож на чудо. Это именно то количество, которое требовалось, чтобы покрыть недостаток плотности массы-энергии в плоской Вселенной: 73 %.