Есть ли у Вселенной центр и куда указывает «дьявольская ось»?
Первые пятьсот лет прошлого тысячелетия никто не сомневался, что непоколебимый центр мира существует — и в нем находится Земля. Потом Коперник потряс основы мироздания, переместив Солнце в центр Вселенной и опустив Землю до рядовой планеты. Центр у Вселенной сохранился, но осадочек остался. Дальше — больше: потом и Солнце приравняли к обычным звездам и стали считать, что Млечный Путь является Вселенной, соответственно, центр нашей Галактики и является центром мира.
Настал 20 век вместе с полной чехардой в науке. Весто Слайфер, сын фермера и сотрудник частной обсерватории Лоуэлла, уже в первое десятилетие этого беспокойного века показал, что Млечный Путь — тоже рядовая галактика, несмотря на то, что она нам как родная. Где центр у Вселенной будем делать? — совсем растерялись астрономы. Но в 1922 году многомудрый Фридман, на основе недавно созданной теории Эйнштейна придумал такую хитрую модель расширяющейся Вселенной, в которой центра-то и нет! Такая модель распухающего во все стороны теста с изюмом, где все изюминки (галактики) двигаются друг от друга, или, другими словами, расстояние между всеми галактиками растет. Так что, где хотите, там центр Вселенной делайте, да хоть на Земле! Чувствуете, как круг замкнулся?
Конечно, концепция чего-то, которое неизвестно откуда и куда расширяется во всех точках одновременно, в обычных головах никак не укладывается. Ну и что? Зато всем понятно, что только космологи могут объять необъятное, а другие пусть просто благоговеют, глядя на них.
Наблюдатели в 1965 году подтвердили концепцию изотропно расширяющейся (вокруг нас) Вселенной, открыв реликтовое излучение, которое приходит равномерно со всех сторон, за исключением небольшой анизотропии, связанной с движением Земли сквозь это излучение.
Поэтому, когда ученые стали изучать данные спутников WMAP и Planck по реликтовому излучению, то сначала учли кинематический диполь, который соответствует движению Земли относительно фонового излучения со скоростью около 630 км/сек. Точка, куда направлен этот диполь (то есть, куда движется Земля, если этот диполь имеет сугубо доплеровскую природу) имеет галактическую широту 48° и долготу 264° (см. Рис). Все остальные флуктуации микроволнового излучения должны были представлять случайные отклонения от среднего. Но неожиданно выяснилось, что ориентация квадрупольной (широта 13.4° и долгота 238.5°) и октупольной (широта 25.7° и долгота 239.0°) компоненты флуктуаций реликтового излучения почти совпадают между собой, и обе близки к ориентации диполя.
Космологи Кэти Лэнд и Жуан Магейжу (Land and Magueijo), в своей статье 2005 года ввели в обиход термин «дьявольская ось», вдоль которой выстраиваются эти крупномасштабные компоненты реликтового излучения. Этот термин отражает степень изумления, которые испытывают ученые, выросшие в парадигме изотропной космологии, когда они сталкиваются с фактами анизотропии реальной Вселенной.
Но эта «дьявольская ось» оказалась сущим прутиком по сравнению с монстром, контуры которого стали быстро проявляться в других наблюдениях. Начнем со свежатины:
Сенсационная новость о гамма-диполе была опубликована космологом Александром Кашлинским с соавторами 10 января 2024 года в журнале ApJ (https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041–8213/acfedd).
Это открытие было неожиданным, потому что авторы искали совсем не то и не там. Они, фактически, проверяли факт изотропности Вселенной, который мало кто осмеливается оспаривать. В модели изотропной Вселенной допускается только одна глобальная неоднородность — дипольная, связанная с движением Земли сквозь это тепловое излучение. Скорость этого движения мала по сравнению со скоростью света, поэтому и величина дипольной анизотропии всего ~0.1%. Когда этот диполь вычитается из данных по реликтовому излучению, то там остаются флуктуаций на уровне 10–5.
Группа, возглавляемая А. Кашлинским, решила получить диполь фонового гамма-квантового излучения в интервале энергий от 2.74 до 115 ГэВ по данным спутника Fermi. Если движение Земли является единственным источником глобальной анизотропии в космосе, то направление и величина гамма-диполя должны совпадать с параметрами диполя реликтового излучения. Но анализ показал, что диполь фона гамма-квантов смещен от диполя реликтового излучения настолько, что, в галактических координатах, из северного полушария он перекочевал в южное (Рисю). Амплитуда его оказалась около 7%, что на порядок больше ожидаемой.
Кашлинский и соавторы отмечают, что частицы космических лучей с энергией более 8 эксаэлектронвольт (назовем их «суперчастицы») тоже имеют диполь близкий к гамма-квантовому, как по расположению, так и по амплитуде. Но это далеко не все удивительные совпадения. В районе Южного полюса, постоянная Хаббла испытывает минимум, отклоняясь от среднего на ~10% (Рис). Кроме того, еще в 2009 году российский астроном В. Амирханян опубликовал в «Астрофизическом бюллетене» данные об анизотропии распределения осей вращения галактик, которые избегают направления на Южный полюс.
Рис. Карта дипольной анизотропии реликтового излучения (CMB) (NASA/Научная группа WMAP) с осью, отмеченной черным кружком (в галактических координатах; Млечный Путь заметен вдоль горизонтальной оси). Аналогичный диполь для гамма-квантов оказался сильно смещен к югу (синий эллипс), при этом аналогичную анизотропию имеют космические частицы с высокой энергией («суперчастицы»; красный квадрат) — Кашлинский и др. (2024). Черным эллипсом указан минимум постоянной Хаббла (Migkas, K., Schellenberger, G., Reiprich, T.H. etal.Probing cosmic isotropy with a new X-ray galaxy cluster sample through the LX−T scaling relation. Astronomy & Astrophysics, 636, A15, 2020.). Звездочкой отмечен Южный полюс Земли. Согласно В.Р. Амирханяну («Анизотропия пространственной ориентации радиоисточников. II: Функция распределения осей», Астрофизический бюллетень, т.54, N4, с. 350–356, 2009), оси галактик тоже избегают направления на полюса. Эти феномены «супердьявольской оси» указывают на центр нашей Вселенной, расположенный, видимо, недалеко от Южного полюса.
Данные об анизотропии Вселенной означают глубокий кризис в современной космологии, который усугубляется тем, что группа нобелевского лауреата Адама Рисса нашла и неоднородность постоянной Хаббла на уровне 10% — в добавок к ее анизотропии аналогичного порядка.
Эти данные являются полной катастрофой для теории инфляции, которая в принципе не предусматривает анизотропные эффекты (хотя проблемы с неоднородностью она пытается решить с помощью новых подгоночных параметров). Шокированные теоретики в ужасе держатся за стулья и не вмешиваются, делая вид, что ничего страшного не происходит. Но наблюдатели «дьявольской оси» подбрасывают все больше дровишек в огонь, сковородки раскаляются, и у теоретиков уже горят брюки и дымятся ботинки. Можно смело считать последние годы временем космологической революции, которая должна сменить парадигму однородной и изотропной Вселенной на новую модель.
На какую концепцию сменится нынешняя парадигма квантовой одноразовой Вселенной? Уверен, что стоит ждать возрождения циклической космологии, но на новом уровне — с учетом темной материи из черных дыр, а также всей совокупности обнаруженных феноменов космологической неоднородности и анизотропности. Новая космология говорит о том, что наша Вселенная пульсирует в огромной черной дыре (эта идея далеко не нова, но механизмы этой пульсации в предлагаемой теории отличны от старых моделей).
С точки зрения циклической космологии, появление «супердьявольской оси» естественно и связано с глобальной анизотропией Вселенной, которая имеет более сложный характер, чем доплеровский диполь, и может проявляться, как в дипольной, так и в квадрупольно-октупольных компонентах реликтового излучения, а также в других анизотропных эффектах. Можно уверенно сказать, что центр у Вселенной есть — и он находится в районе земного Южного полюса (это «земная» направленность оси Вселенной, конечно, просто совпадение с точностью порядка 20 градусов). Недавно эта теория предсказала существование наногерцового реликтового фона гравитационных волн — и это предсказание подтвердил консорциум радиотелескопов НАНОГрав. В детали вдаваться не буду, потому что издательство «Питер» только что выпустило книгу «Пульсирующая Вселенная», которая распахивает нашу удивительную Вселенную-феникс перед любым, что отважится на космологический полет (https://www.piter.com/collection/soon/product/pulsiruyuschaya-vselennaya).
Книга написана популярно, а для специалистов составлено Приложение с основными математическими решениями. Прочитать на пробу восьмую главу книг можно здесь, на хабре: https://habr.com/en/companies/piter/articles/815713/. Кратко содержание книги изложено на сайте «элементы», где можете поучаствовать в пятой сотне комментариев: https://elementy.ru//novosti_nauki/434235/Gipoteza_o_tsiklicheskoy_Vselennoy_poluchila_nablyudatelnuyu_podderzhku
P.S. Я видел где-то коммент:, а чего это планетолог Горькавый на склоне лет решил космологией заняться? Да, есть такая тенденция, когда пожилые геологи начинают в старости строить глобальные модели мира. Ну, если сильно хочется, можно и меня причислить в эту почтенную когорту, но все-таки есть ньюансы. Поэтому я счел полезным кратко изложить историю создания этой космологической теории и книги.
Эта история начинается в 1974 или 1975 году, когда я, в возрасте 15–16 лет, купил в челябинском книжном магазине небольшую монографию Родичева по ОТО (1974) и заинтересовался проблемой нетензорной природы гравитационной энергии. После университета, где я получил образование физика-теоретика и астрофизика (все-таки не геолога!), я много лет работал над теоретическими проблемами небесной механики и планетологии, но в то же время размышлял о нетензорности гравитационной энергии и собрал библиотеку из 250 томов по теории гравитации на трех языках, став знатоком этой темы.
Существуют две основные точки зрения на эту проблему. Согласно наиболее популярной точке зрения, которой придерживался до 1916 года сам Эйнштейн, гравитационные волны обладают энергией и гравитационной массой. Согласно менее известной точке зрения, которой придерживались после 2019 года (и до конца жизни) Эйнштейн, Эддингтон, Шредингер и др., гравитационные волны обладают нетензорной псевдоэнергией, которая не является источником гравитационного поля. (В Приложении 1 книги суммирована основная информация, которую я собрал по этой теме). Как физик, я изначально поддерживал первую точку зрения, но потом понял, что интерпретация Эйнштейна-Эддингтона-Шредингера верна, и поэтому проблема нетензорной природы решается без моих усилий. Я считал, что разница между двумя интерпретациями практически незначительна, поскольку гравитационные волны обладают ничтожной энергией.
Но наступил 1998 год, когда был обнаружен неизвестный фактор, ускоряющий расширение Вселенной. В это время я работал в группе космологии в Центре космических полетов имени Годдарда и обрабатывал данные со спутника COBE, помогая выбрать место для будущего телескопа Вебба, где зодиакальный свет минимален. Я делил кабинет с космологом Сашей Кашлинским, который неоднократно предлагал мне исследовать загадочное ускорение расширения Вселенной. Не сразу, но я начал размышлять: откуда в общей теории относительности могли взяться антигравитационные силы, ответственные за такие события, как Большой взрыв или ускорение Вселенной? Неожиданно мой опыт в теме гравитационной энергии срезонировал с этой космологической проблемой: я понял, что коллапс Вселенной будет выглядеть совершенно по-разному в двух интерпретациях общей теории относительности.
Если гравитационные волны обладают гравитационной массой, то коллапс не меняет общую массу Вселенной и сингулярность неизбежна. Однако если генерация гравитационного излучения, не имеющего гравитационной массы, уменьшит общую массу мира, это откроет перспективы решения проблем Большого взрыва и сингулярности. Ведь генерация гравитационных волн возрастает как R^-5, быстро опережая рост притяжения R^-2. К 2003 году, в рамках квази-ньютоновской физики, мне удалось показать (и кратенько опубликовать), что из-за уменьшения гравитационной массы системы в законе гравитации появляется новый член, который может описывать как антигравитацию, так и гипергравитацию. Это был инсайт и прорыв — и тогда я еще не был нынешним пожилым старикашкой, а вполне бодрым ученым сорока с небольшим лет!
Затем я переключился на другие проекты. Лишь осенью 2015 года, после бесед с моим соавтором Сашей Васильковым, выпускником МФТИ, я вернулся к теме космологии. Мы решили подтвердить рамках общей теории относительности формулу 2003 года для антигравитации и гипергравитации. И нам это удалось — в 2016 году вышла основополагающая статья в MNRAS (https://academic.oup.com/mnras/article/461/3/2929/2608669 — между прочим, 17 тысяч просмотров!). С 2016 по 2022 год мы вместе с другими соавторами получили целый ряд новых результатов в рамках модели циклической Вселенной. Эти результаты легли в основу данной книги, которую уже вышла из типографии и которая еще наделает много шуму, потому что она открывает совершенно новый вид на нашу уникальную Вселенную!
Habrahabr.ru прочитано 1440 раз
