129-5606589

Когда в июле 2012-го открыли бозон Хиггса, поднялось всеобщее ликование. Люди выходили на улицы, жали друг другу руки. Домохозяйки с жаром обсуждали нарушение электрослабой симметрии, а фрезеровщики во время пересменки оспаривали актуальность Стандартной модели. Это было важное научное открытие, но по-настоящему горячей новостью оно стало из-за распиаренного бренда «Большой Адронный Коллайдер», на котором этот самый «базон хикса» и нашли. Существует другой не менее известный бренд — «Теория Большого Взрыва». Все смотрели сериал, смеялись над табличкой «Сарказм» и играли в камень-ножницы-бумага-ящерица-Спок. И непонятно, почему этот бренд не помог раскрутить другое важное открытие, которое было сделано совсем недавно, 17 марта 2014 года.

226-2761346

Открытие, о котором мы расскажем, было сделано на Южном полюсе, у черта на рогах, где воздух кристально чистый и зверски холодный. Там находится здоровенный радиотелескоп BICEP2, который ловит реликтовое излучение. Время там тянется медленно, очень медленно. Суровые антарктические ученые целыми днями вглядываются в небо в поисках нового знания. И если ты в телескопе видишь только ковши да колесницы, то они видят совсем другую картину, о да. Среди галактик и туманностей они силятся различить призрак Нобелевской премии.

Чтобы ты тоже смог его увидеть, тебе придется потерять физическую невинность и познать самые азы космологии. Впрочем, мы знаем, что тебе уже невтерпеж, азарт настоящего исследователя пылает в твоих глазах, ты готов наброситься на Википедию и узнать всю правду насчет реликтового излучения. Тогда извольте, мистер МакФлай, пожаловать на борт нашего DeLorean DMC-12 — мы отправляемся назад, в прошлое.

Итак, Америка, 1965-й год. Два американских астрофизика, Пензиас и Уилсон, сидят в лаборатории и занимаются важными, как им кажется, делами. В центре комнаты стоит здоровый радиотелескоп (не чета BICEP2, конечно, но тоже немаленький), с помощью которого наши друзья изучают радиосигналы, испускаемые созвездием Кассиопеи.

Благородное занятие, ничего не скажешь. Но измерения постоянно осложняются присутствием какого-то радиошума, причину которого не удается понять. В сотый раз проверили аппаратуру, настройку, даже голубей с антенн согнали — не помогло, шум никуда не делся.

326-8171006

Ирония в том, что именно Дикке и занимался целенаправленными поисками реликтового излучения. Но Пензиас и Уилсон, сами того не желая, обскакали его научную группу, и в 1978-м году Нобелевский комитет наградил их за это премией.

Почему вокруг этого излучения поднялась такая шумиха? Реликтовое излучение — это свет, который был испущен почти 13 миллиардов лет назад. Он был предсказан советским физиком Георгием Гамовым за десять лет до открытия американцев. У Гамова была своя модель построения Вселенной, и хотя впоследствие она оказалась не совсем верной, современная теория Большого Взрыва многим обязана товарищу Гамову, хотя бы тем же реликтовым излучением. Всю визуальную информацию, которую мы получаем из окружающего мира, мы получаем с помощью света. Ты видишь стены своей комнаты только потому, что свет, отраженный этими стенами, попал тебе в глаза и рассказал о том, как они выглядят. Ты читаешь этот текст, анализируя свет от монитора.

423-7046928

Вещество только-только стало прозрачным для излучения, свет вырвался и понесся по миру, чтобы спустя 13 миллиардов лет рассказать нам свою историю.

Реликтовый свет оказался в высокой степени изотропным. Я чувствую, как твой курсор дрогнул и пополз в сторону закладки «Ответы Мэйл.ру». Но не спеши тревожить лучшие умы Рунета — мы расскажем тебе все сами. Если на пальцах, то изотропность — это одинаковость каких-то физических свойств во всех направлениях пространства.

520-5262650

Так вот реликтовое излучение тоже изотропно, причем в очень хорошей степени. Но все же есть мелкие шероховатости, легенькая, почти незаметная анизотропность (в противовес изотропности). Оказалось, что эта анизотропность проявляется в реликтовом свете в виде двух мааленьких поляризационных компоненточек, называемых Е-мода и В- мода. Понимание поляризации и мод не так важно в рамках этой статьи, потом ты можешь с чистой совестью купить трехтомник Ландсберга и с упоением почитать о круговой и линейной поляризации. Здесь же достаточно знать, что каждая из этих мод реликтового излучения появилась не просто так.

615-3596684

Но ладно, мы не в театре, чтобы устраивать антракты. Если не знать, чем обусловлена эта самая В-мода, можно справедливо возмутиться: «Ну, нашли какую-то моду, толку-то? Борода от нее не вырастет». Но поверь: В-мода важнее всех бород мира.

Реликтовое излучение получило В-моду в один из самых ранних этапов развития Вселенной, в так называемую «эпоху инфляции». Насчет этой инфляции есть целая теория, которую в 80-х годах разработал советский физик Андрей Линде. Теория получилась настолько стройная и красивая, что западный мир раскрыл Андрею свои объятия, и тот без лишних угрызений совести свалил. Его «хаотическая теория инфляции», во-первых, закрывает кучу дыр в современной теории Большого Взрыва, например, проблему горизонта и проблему плоской Вселенной, а во-вторых, предоставляет надежную почву для дальнейших исследований. Осталось понять, как именно В-мода связана с теорией инфляции Линде. Для этого мы снова прыгаем в наш Делореан и отправляемся в далекий 1915-й год, чтобы навестить мастерскую дядюшки Альберта. Да-да, того самого.

В 1915 году мир содрогнулся от работы Альберта Эйнштейна под названием «Общая теория относительности». Автор высказывал неслыханный, и даже еретический, взгляд на такое привычное и понятное явление, как гравитация. Альберт заявил, что обыденное, ньютоновское понимание гравитации является, на самом деле, весьма упрощенным, и взамен предложил понимать гравитацию как искривление пространства-времени.

712-1675814

Чтобы понять эту мозговыносящую хрень, представь длинный прямой коридор. Ты можешь пройти прямо по этому коридору, но если поместить какой-нибудь Меркурий рядом с коридором, то коридор загнется, и ты, хоть и продолжишь идти прямо, будешь двигаться по кривой траектории. Это и есть гравитация по Эйнштейну. Поэтому первое предложение этого абзаца стоит заменить на «В 1915 году мир искривился от работы Альберта Эйнштейна…».

Теперь, когда ты знаешь, что гравитация вытворяет с пространством и временем, мы переходим к самому интересному: как инфляция связана с В-модой. Теория инфляции говорит: когда возраст Вселенной составлял 10-35 секунды, она начала неимоверно разбухать, так сильно и быстро, что ее размер удваивался каждые 10-30 секунды. Интенсивный рост длился совсем недолго, но этого хватило, чтобы возмутить гладь пространства-времени и пустить по его поверхности гравитационные волны. Действительно, если мы забрались так далеко, что искривляем пространство-время, то почему бы не пустить по нему волну? Именно эти самые гравитационные волны и оставили след в реликтовом излучении в виде В-моды, которую нашли скрупулезные американские астрофизики.

Понятно, что товарищ Линде вряд ли наблюдал инфляцию собственными глазами, поэтому его теоретическое предсказание нуждалось в строгой экспериментальной проверке. И 17 марта инфляция эту проверку прошла.

Ученые снова запустили нашу машину времени. Когда открыли реликтовое излучение, мы перенеслись в год 380000-й от рождения Вселенной. А 17 марта 2014 года, когда самые холодные умы планеты нашли В-моду, утвердили теорию инфляции, мы подобрались к колыбели мира. Теперь от решения главной загадки — кто мы такие и зачем мы здесь? — нас отделяют жалкие 10-35 секунды.

89-5961869

Это место, где перестают работать законы физики, где все известные фундаментальные взаимодействия — электромагнетизм, гравитация, сильные и слабые ядерные силы — сплетены в некое Единое Взаимодействие. У нас еще нет инструментов для его изучения, но есть надежда, что они появятся в ближайшем будущем.

Существует два принципиально разных подхода к описанию природы: квантовая механика и общая теория относительности. Квантовая механика изучает частицы, описывает их поведение в невидимом глазу микромире. Поэтому электромагнитное и ядерные взаимодействия она трактует как обмен квантами (частицами), которые на фоне внешнего пространства и времени переносят это взаимодействие. Теория относительности же утверждает, что гравитация сама по себе и есть пространство и время, никакие частицы для описания этого взаимодействия не нужны. И описать ее как обмен частицами пока что не удалось. При этом обе теории прекрасно подтверждены экспериментами, они делают предсказания, которые сбываются. Обе теории работают, но подружить их не получается.

Понять Планковскую эпоху можно только создав инструмент, который позволит работать с Единым взаимодействием.

95-8619791

Можно пойти и в другом направлении — создать третью теорию, в рамках которой все известные взаимодействия будут работать по новому принципу. Проще говоря, нам нужно создать Теорию Всего (заглавные буквы не являются признаком сумасшествия автора, такая теория действительно разрабатывается).

Самым многообещающим кандидатом на роль Теории Всего является теория струн. Она плюет с высокой колокольни на эти ваши кванты, пространство, время, и утверждает, что все сущее состоит из струн. Прекрасных одиннадцатимерных струн, которые, причудливо колеблясь, и образуют наш мир.

104-9264825

Если мы создадим Теорию Всего, если все известные взаимодействия будут работать в рамках единой теории, крепкие стены Планковской эпохи рухнут. Мы сможем подойти вплотную к началу мира и заглянуть за ширму. Кто знает, что мы там увидим?