Физика Вселенной

Астрономия и фундаментальная физика всегда были тесно связаны. Изучение особенностей движения планет Солнечной системы дало возможность Ньютону проверить закон всемирного тяготения, а Эйнштейну — предложить свои законы гравитации, общую теорию относительности. И сегодня Вселенная остается лабораторией фундаментальной физики. Например, недавние наблюдения за Солнечной системой и радиопульсарами подтверждают теорию Эйнштейна для случаев слабой гравитации.

Одно из грандиозных достижений последних десятилетий — открытие вторичной инфляции Вселенной: оказывается, галактики разлетаются с ускорением. Первичная инфляция началась сразу после взрыва и длилась сравнительно недолго. Вторичная же началась несколько миллиардов лет назад, когда таинственная сила отталкивания превысила силу притяжения. Это отталкивание связывают с существованием субстанции, которую называют темной энергией. Она ответственна за 75% вселенской массы-энергии. Оставшаяся часть — это 4,6% вещества и около 20% так называемой темной материи. Считается, что последняя состоит из элементарных частиц иного, неизвестного теоретикам типа, которые еще не найдены на Земле. Темная энергия в земных условиях также не проявляется. Единственный путь определения ее свойств — изучение скорости расширения и роста крупномасштабных структур Вселенной.

Наука вплотную подошла к ответам на вопросы о свойствах Вселенной сразу после Большого взрыва. Неоднородности в распределении по небесной сфере температуры микроволнового реликтового излучения в целом соответствуют теоретическим представлениям о том, что Вселенная испытала взрыв и после этого начала расширяться. Это расширение ускорялось, пока она росла от начального малого размера до диаметра около одного метра. Образовавшиеся в то время гравитационные волны до сих пор распространяются по пространству и несут информацию о характере гравитации и других фундаментальных силах, какими они были в первые моменты после взрыва. Теоретически показано, что эти волны можно обнаружить по особенностям поляризации микроволнового излучения.

Еще одна возможность изучения фундаментальных принципов физики связана с наблюдением поведения черных дыр, которые обычно находятся в ядрах галактик. Согласно распространенной точке зрения, дыры должны рождаться, когда массивные звезды заканчивают свой жизненный путь. Сегодня есть детальное теоретическое описание свойств пространства-времени вокруг них. Однако его корректность до сих пор не доказана.

Одну из возможностей проверки дает наблюдение рентгеновского излучения газа и звезд при их приближении к горизонту событий черной дыры. Любой заряд, двигаясь ускоренно, должен излучать. Когда заряд приближается по спирали к объекту с сильной гравитацией, сила тяжести становится все больше, соответственно возрастает и ускорение, объекты начинают излучать, как в синхротроне. Другой способ проверки — изучение свойств струй вещества, покидающих полюса черных дыр со скоростями, близкими к световым. Но лучше всего — измерение гравитационного излучения, возникающего при слиянии черных дыр средних масс. План отмечает, что сейчас имеются все необходимые условия для проверки этих фундаментальных теорий путем расчета ожидаемых при этом сигналов, в том числе мощнейшие компьютеры и программное обеспечение, а также технологии и телескопы.

Поиск по сайту: