Космические кротовые норы и поиск внеземной жизни: что изучают астрономы

Неподалёку от Кисловодска возводится новая звёздная обсерватория. Её специалисты с 2010 года займутся вопросами, которые сегодня больше всего волнуют астрономов. И главный среди них — есть ли жизнь за пределами Земли? По некоторым оценкам, в Млечном Пути может существовать до 37 964 планет с разумной жизнью. Но не менее захватывающая тема — возможность почти мгновенного путешествия между галактиками через так называемые «кротовые норы». Директор Государственного астрономического института имени Штернберга (ГАИШ) Анатолий Черепащук рассказал об этих перспективах и о том, как далеко мы можем продвинуться в ближайшие годы.

Где искать жизнь в Солнечной системе?

По мнению академика Черепащука, обнаружение внеземной жизни — самое ожидаемое событие в профессиональной астрономии. Мощность телескопов выросла настолько, что шансы найти её резко возросли. В пределах Солнечной системы главные кандидаты — Марс и спутники планет-гигантов. На Марсе под поверхностью обнаружены целые океаны замёрзшей воды. Миллиарды лет назад там была плотная атмосфера, и могли существовать живые организмы. Ближайшие миссии, вероятно, займутся поиском их ископаемых остатков.

Однако куда более перспективными выглядят спутники Юпитера и Сатурна. У Сатурна их уже найдено более полусотни, у Юпитера — три десятка. Они находятся гораздо дальше от Солнца, чем Земля, и там царит лютый холод. Какая уж тут жизнь? Но Солнце — не единственный источник тепла. Многие спутники движутся по эллиптическим орбитам, гравитация деформирует их, частицы трутся друг о друга и выделяют тепло. Например, температура на поверхности Ио, спутника Юпитера, достигает +390 градусов. Чтобы доказать существование внеземной жизни, нужно взять пробы грунта и воды на Марсе и на Европе — спутнике Юпитера. Но запускать корабли с Земли к далёким планетам слишком дорого. Выход — использовать Луну, где сила тяжести в шесть раз меньше и стартовать оттуда намного легче. Институт, которым руководит Черепащук, уже участвует в совместном с американцами проекте по этой теме.

Чёрные дыры и их загадочные «сёстры»

Академик Черепащук — признанный специалист по чёрным дырам. Эти объекты обладают невероятной плотностью: чёрная дыра размером с точку от шариковой ручки может быть в несколько раз массивнее Солнца. Их гравитация не выпускает даже свет. Но если существуют чёрные дыры, рассуждает учёный, то должны существовать и «кротовые норы». Разница между ними принципиальна. Чёрные дыры сформированы из обычного барионного вещества — молекул и атомов. Войти в них можно, а выйти уже нельзя: вы попадаете в гравитационную могилу. Кротовые норы, напротив, образованы веществом с отрицательным давлением — чем-то вроде тёмной энергии. Внутри такой норы можно свободно перемещаться, причём очень быстро. Из одной галактики в другую, отстоящую на сотни миллионов световых лет, можно попасть буквально за секунду.

Чтобы оценить масштаб этой идеи, стоит вспомнить, как измеряются расстояния во Вселенной. Астрономы используют световые годы — дистанцию, которую свет со скоростью 300 тысяч километров в секунду преодолевает за год. Это примерно 10 триллионов километров. От Земли до Солнца — всего восемь световых минут. До ближайшей к Млечному Пути галактики Магеллановы Облака — уже 200 тысяч световых лет. А до радиогалактики Лебедь — 600 миллионов световых лет. И вот один из самых эрудированных астрономов планеты утверждает: мы могли бы почти мгновенно преодолеть эти бездны. Нужно только найти соединяющую галактики кротовую нору. Киргизские астрофизики уже предложили искать «кротовые норы» между звёздами по косвенным признакам.

Охота за невидимыми туннелями

Сегодня поиском кротовых нор заняты сотни астрономов и десятки научных центров по всему миру. Материалы со свойствами антигравитации, из которых они могут состоять, уже обнаружены. Но есть загвоздка. «Сформировать кротовую нору в лабораторных условиях мы пока не умеем, — признаётся Черепащук. — Однако не исключено, что в момент образования Вселенной кротовые норы возникли как коридоры в пространстве-времени и что они и сейчас существуют между определёнными объектами». Пока ни создать искусственную нору, ни найти естественную не удаётся. И это неудивительно. О тёмной энергии, из которой, вероятно, состоят кротовые норы, и о тёмной материи мы знаем лишь то, что они есть. Более того, вместе они составляют 95 процентов массы Вселенной. Но об их природе мы не знаем почти ничего. Всё, с чем мы привыкли иметь дело — молекулы, атомы, электроны, кварки, волны — лишь малая часть реальности. Разгадка кротовых нор может перевернуть наши представления о космосе и путешествиях в нём.

Строительство обсерватории у Кисловодска: новый взгляд на тёмную материю и энергию

Неподалёку от Кисловодска возводится звёздная обсерватория, специалисты которой с 2010 года приступят к изучению самых глубоких вопросов космологии. В центре их внимания окажутся две величайшие загадки современной физики — тёмная материя и тёмная энергия. Эти невидимые субстанции определяют структуру и судьбу Вселенной, но их природа по-прежнему ускользает от понимания.

Тёмная материя — вещество, состоящее из неизвестных элементарных частиц. Она не излучает и не поглощает свет, поскольку лишена электромагнитных свойств, но проявляет себя через гравитацию: притягивает обычное вещество, скучивается, расширяется и сжимается. Пока это практически всё, что о ней известно. Ещё более загадочна тёмная энергия — субстанция, пронизывающая всё пространство, включая нас самих, и равномерно распределённая по Вселенной. На её долю приходится около 70 процентов всей энергии мироздания. Главное её свойство — антигравитация: она не стягивает, а расталкивает.

Именно антигравитация выдала тёмную энергию астрономам. Наблюдения показали: расширение Вселенной не замедляется, как ожидалось после Большого взрыва, а ускоряется. По логике, за 14 миллиардов лет гравитация должна была притормозить разлёт галактик. Но реальность оказалась иной. Единственным объяснением стала сила, расталкивающая пространство. Её назвали тёмной энергией, и теперь физики тратят миллиарды долларов на эксперименты, пытаясь разгадать её природу. Пока без особого успеха.

Что было до Большого взрыва?

Современная космология рисует поразительную картину: 14 миллиардов лет назад всё вещество, время и пространство были сжаты в точку на двадцать порядков меньше атомного ядра. Большой взрыв запустил стремительное расширение, после которого возникли излучение, галактики, звёзды, тяжёлые элементы. Но что происходило до этого момента? Большинство серьёзных учёных избегают подобных вопросов. Анатолий Черепащук — один из немногих, кто решается на размышления.

По его мнению, до Большого взрыва материя, скорее всего, существовала, но в совершенно иных формах. В нашей Вселенной реализовалась четырёхмерная реальность: три пространственных координаты плюс время. Мы не можем выйти за её пределы, чтобы увидеть всё со стороны, однако материя способна принимать формы, о которых мы даже не догадываемся. Современные космологи связывают Большой взрыв с неустойчивостью скалярного поля — некоего начального состояния Вселенной. В момент этой неустойчивости сформировалась материя с гравитационным отталкиванием, похожая на тёмную энергию, но с колоссальной плотностью. Именно это отталкивание и вызвало взрыв.

Теория предполагает, что таких взрывов в Мироздании было множество. Помимо нашей Вселенной существуют другие миры с иными свойствами. Эта идея позволяет перейти от сильного антропного принципа к слабому. Сильный принцип утверждает, что физические константы и законы нашей Вселенной словно специально подобраны для существования человека. Слабый же объясняет это иначе: мы просто находимся в той Вселенной, где условия случайно оказались подходящими для жизни.

Антропный принцип и множество миров

Черепащук признаёт: если бы 14 миллиардов лет назад соотношение массы протона к массе электрона сложилось иначе, не возникли бы атомы, в том числе углерод — основа органической жизни. Другие фундаментальные константы тоже выглядят тонко настроенными на появление человека. Религиозные мыслители увидели в этом руку Творца. Однако учёный придерживается естественного объяснения: Вселенная сформировалась самопроизвольно, из неустойчивости скалярного поля, а в других точках пространства-времени рождались иные вселенные с другими константами, где человек никогда бы не смог существовать.

Где-то материя сгустилась в звёзды, планеты и людей. Где-то осталась разреженным межзвёздным газом — один атом на кубический сантиметр, в сотни миллиардов раз меньше плотности воздуха. Как говорил космолог Абрам Зельманов, другие вселенные развиваются без свидетелей, а в этой мы — свидетели. Человечество, по космическим меркам, новорождённое, но уже сумело восстановить историю Вселенной почти от самого начала. Черепащук не исключает, что наш разум однажды заглянет не только в прошлое, но и в будущее, чтобы понять, как именно погибнет мироздание.

Сценарии конца Вселенной

Судьба Вселенной зависит от свойств тёмной энергии, а точнее — от уравнения её состояния. Установлено, что Вселенная, скорее всего, бесконечна и будет расширяться до состояния с очень низкой плотностью. Но темп расширения всё решает. Если коэффициент между давлением и плотностью энергии равен минус единице, перед нами вакуум, и расширение продлится бесконечно долго. Если меньше минус единицы — это квинтэссенция, и процесс займёт конечное время.

Самый драматичный вариант — фантомная энергия, когда коэффициент больше минус единицы. Тогда ускоренное расширение охватит сначала Вселенную, затем галактики, звёзды, планеты, а после — человеческие тела, молекулы, атомы, протоны и нейтроны. В финале всё сущее превратится в излучение. Этот сценарий, противоположный Большому взрыву, получил название Большой разрыв. Пока учёные лишь строят гипотезы, но новая обсерватория под Кисловодском, возможно, приблизит нас к разгадке того, какая из этих судеб ждёт наш мир.

Неподалёку от Кисловодска возводят звёздную обсерваторию, чьи специалисты с 2010 года займутся самыми глубокими вопросами — теми, что лежат на пределе человеческого разума. Как говорил Александр Дюма-сын: «Что особенно обидно, ум человеческий имеет свои пределы...»