Знание-сила, 2009 № 08 (986) | страница 27
Суперколлайдер
Есть обоснованная надежда и на то, что летающие вокруг нас и сквозь нас частицы темной материи будут зарегистрированы в подземных лабораториях. Другая возможность состоит в том, что темная материя проявится через продукты своей аннигиляции, которые будут обнаружены детекторами под водой, подо льдом или в космосе. Эксперименты в этих направлениях идут давно и пока не дали однозначно положительного результата; предсказать, когда будет обнаружен сигнал от темной материи, трудно — мы пока слишком мало знаем о взаимодействиях частиц темной материи между собой и с обычным веществом. Однако экспериментальные методы развиваются, и с определенной долей уверенности можно сказать, что успех рано или поздно придет.
Прямое обнаружение частиц темной материи и изучение их свойств, скорее всего, приведет к прорыву в космологии. Например, согласно одной из наиболее правдоподобных и популярных гипотез, темная материя образовалась во Вселенной через 10 микросекунд после Большого Взрыва. Если эта гипотеза подтвердится, то мы сможем с уверенностью судить, какова была Вселенная в это время и как она тогда расширялась. Разумеется, здесь возможны и сюрпризы: экстраполяция с временного масштаба 1 секунды после Большого Взрыва (эпоха, о которой сегодня имеются экспериментальные данные) на масштаб 10 микросекунд может оказаться совсем не безобидным делом. Тем интереснее окажется ситуация в космологии ранней Вселенной!
Изучение темной энергии тоже, возможно, приведет к новым открытиям «первого ранга». При имеющейся точности наблюдения темная энергия выглядит как однородная в пространстве и постоянная во времени величина — мировая константа, космологический A-член, введенный в теорию, а затем отброшенный Эйнштейном. Теоретики, однако, обсуждают и другие возможности. Темная энергия может быть энергией новых сверхлегких и сверхслабых полей, тогда она зависит от времени и, вообще говоря, неоднородна в пространстве. Другой вариант: существующая теория гравитации — общая теория относительности — может перестать быть справедливой на космологических расстояниях и временах. Если в природе реализуется какая-нибудь из этих возможностей, то это проявится в первую очередь в особенностях ускоренного расширения Вселенной и будет обнаружено в астрономических наблюдениях на инструментах новых поколений.
Несколько слов о предсказаниях инфляционной теории, описывающей гипотетическую (пока?) стадию эволюции Вселенной перед стадией горячего Большого Взрыва. Высказывания на эту тему Дэвида Шрамма и Ховарда Джорджи являются по меньшей мере спорными. Простые, а потому наиболее правдоподобные инфляционные модели в действительности приводят к характерным предсказаниям, которые в будущем вполне могут найти экспериментальное подтверждение. Среди этих предсказаний — существование реликтовых гравитационных волн во всех диапазонах частот, с периодами вплоть до времени жизни Вселенной. Есть и более тонкие предсказания, относящиеся к свойствам тех неоднородностей материи, из которых впоследствии сформировались структуры (галактики, скопления галактик и т. д.), а также к свойствам реликтовых гравитационных волн. Реликтовые гравитационные волны и некоторые предсказываемые инфляционной теорией особенности спектра возмущений материи (точнее, их отпечатки в реликтовом электромагнитном излучении и в спектре структур) будут, возможно, открыты довольно скоро. Это станет сильнейшим (хотя, строго говоря, не окончательным) аргументом в пользу инфляционной теории. В дальнейшей перспективе инфляционная теория (если она верна) может стать надежно подтвержденной наблюдениями.
