За великите физици от миналото, И. Нютон и А. Айнщайн, Вселената изглеждаше статична. Съветският физик А. Фридман през 1924 г. излезе с теорията за "разсейването" на галактиките. Фридман предсказа разширяването на Вселената. Това беше революционна революция във физическото разбиране на нашия свят.

Американският астроном Едуин Хъбъл изследва мъглявината Андромеда. До 1923 г. той успя да види, че покрайнините му са клъстери от отделни звезди. Хъбъл изчислява разстоянието до мъглявината. Оказа се, че е 900 000 светлинни години (по-точно изчисленото разстояние днес е 2,3 милиона светлинни години). Тоест, мъглявината се намира далеч отвъд Млечния път – нашата галактика. След като наблюдава тази и други мъглявини, Хъбъл стига до заключение за структурата на Вселената.

Вселената се състои от колекция от огромни звездни купове - галактики.

Именно те ни изглеждат като далечни мъгливи „облаци“ в небето, тъй като ние просто не можем да видим отделни звезди на такова огромно разстояние.

Е. Хъбъл забелязва важен аспект в получените данни, който астрономите са наблюдавали и преди, но го затрудняват да интерпретират. А именно: наблюдаваната дължина на спектралните светлинни вълни, излъчвани от атоми на далечни галактики, е малко по-голяма от дължината на спектралните вълни, излъчвани от същите атоми в земните лаборатории. Това означава, че в радиационния спектър на съседни галактики квантът светлина, излъчен от атом, когато електрон скача от орбита на орбита, е изместен по честота към червената част на спектъра в сравнение с подобен квант, излъчен от същия атом на Земята . Хъбъл си позволи да тълкува това наблюдение като проява на ефекта на Доплер.

Всички наблюдавани съседни галактики се отдалечават от Земята, тъй като почти всички галактически обекти извън Млечния път показват червено спектрално изместване, пропорционално на скоростта на тяхното отдалечаване.

Най-важното е, че Хъбъл успя да сравни резултатите от своите измервания на разстоянията до съседните галактики с измерванията на техните нива на рецесия (на базата на червеното отместване).

Математически законът е формулиран много просто:

където v е скоростта, с която галактиката се отдалечава от нас,

r – разстоянието до него,

H е константата на Хъбъл.

И въпреки че Хъбъл първоначално стигна до този закон в резултат на наблюдение само на няколко най-близки до нас галактики, нито една от многото нови галактики във видимата Вселена, които бяха открити оттогава, все по-отдалечени от Млечния път, не попада извън обхват на този закон.

И така, основното следствие от закона на Хъбъл:

Вселената се разширява.

Самата тъкан на световното пространство се разширява. Всички наблюдатели (и вие и аз не сме изключение) смятат, че са в центъра на Вселената.

4. Теория за Големия взрив

От експерименталния факт за рецесията на галактиките е изчислена възрастта на Вселената. Оказа се равно – около 15 милиарда години! Така започна ерата на съвременната космология.

Естествено възниква въпросът: какво се случи в началото? На учените бяха необходими само около 20 години, за да революционизират напълно разбирането си за Вселената.

Отговорът е предложен от изключителния физик Г. Гамов (1904 - 1968) през 40-те години. Историята на нашия свят започва с Големия взрив. Точно това мислят повечето астрофизици днес.

Големият взрив е бърз спад на първоначално огромната плътност, температура и налягане на материята, концентрирана в много малък обем на Вселената. Цялата материя на Вселената беше компресирана в плътна бучка прото-материя, съдържаща се в много малък обем в сравнение с настоящия мащаб на Вселената.

Идеята за Вселената, родена от супер-плътна купчина супер-гореща материя и откакто се разширява и охлажда, се нарича теория за Големия взрив.

Днес няма по-успешен космологичен модел за произхода и еволюцията на Вселената.

Според теорията за Големия взрив ранната Вселена се е състояла от фотони, електрони и други частици. Фотоните постоянно взаимодействат с други частици. Докато Вселената се разширява, тя се охлажда и на определен етап електроните започват да се комбинират с ядрата на водорода и хелия и да образуват атоми. Това се случи при температура от около 3000 K и приблизителна възраст на Вселената от 400 000 години. От този момент нататък фотоните могат да се движат свободно в пространството, практически без да взаимодействат с материята. Но все още имаме „свидетели“ на онази епоха - реликтни фотони. Смята се, че космическото микровълново фоново лъчение се е запазило от началните етапи на съществуването на Вселената и я изпълва равномерно. В резултат на по-нататъшното охлаждане на радиацията, температурата му се понижи и сега е около 3 К.

Съществуването на космическо микровълново фоново лъчение е предсказано теоретично в рамките на теорията за Големия взрив. Смята се за едно от основните потвърждения на теорията за Големия взрив.

Следващият етап в организацията на материята във Вселената са галактиките. Типичен пример е нашата галактика Млечният път. Съдържа около 10 11 звезди и има форма на тънък диск с удебеляване в центъра.
На фиг. Фигура 39 схематично показва структурата на нашата галактика Млечен път и показва позицията на Слънцето в един от спиралните ръкави на галактиката.

Ориз. 39. Структура на галактиката Млечен път.

На фиг. Фигура 40 показва проекцията върху равнината на 16-те най-близки съседи на нашата галактика.

Ориз. 40. 16 най-близки съседи на нашата Галактика, проектирани върху равнина. LMC и MMC − Големи и Малки Магеланови облаци

Звездите в галактиките са неравномерно разпределени.
Размерите на галактиките варират от 15 до 800 хиляди светлинни години. Масата на галактиките варира от 10 7 до 10 12 слънчеви маси. По-голямата част от звездите и студения газ са концентрирани в галактиките. Звездите в галактиките се държат заедно от комбинираното гравитационно поле на галактиката и тъмната материя.
Нашата галактика Млечен път е типична спирална система. Звездите в една галактика, заедно с общото въртене на галактиките, също имат свои собствени скорости спрямо галактиката. Орбиталната скорост на Слънцето в нашата галактика е 230 km/s. Собствената скорост на Слънцето спрямо галактиката е
20 км/с.

Откриването на света на галактиките принадлежи на Е. Хъбъл. През 1923–1924 г., наблюдавайки промените в яркостта на цефеидите, разположени в отделни мъглявини, той показа, че откритите от него мъглявини са галактики, разположени извън нашата галактика, Млечния път. По-специално, той откри, че мъглявината Андромеда е друга звездна система - галактика, която не е част от нашата галактика Млечен път. Мъглявината Андромеда е спирална галактика, разположена на разстояние 520 kpc. Напречният размер на мъглявината Андромеда е 50 kpc.
Изучавайки радиалните скорости на отделните галактики, Хъбъл направи забележително откритие:

H = 73,8 ± 2,4 км сек -1 мегапарсек -1 – параметър на Хъбъл.

Ориз. 41. Оригинална графика на Хъбъл от работа от 1929 г.

Ориз. 42. Скоростта на отдалечаване на галактиките в зависимост от разстоянието до Земята.

На фиг. 42 в началото на координатите квадратът показва областта на скоростите на галактиките и разстоянията до тях, въз основа на които Е. Хъбъл изведе връзка (9).
Откритието на Хъбъл има предистория. През 1914 г. астрономът В. Слайфър показа, че мъглявината Андромеда и няколко други мъглявини се движат спрямо Слънчевата система със скорост от около 1000 km/h. Е. Хъбъл, работещ върху най-големия в света телескоп с главно огледало с диаметър 2,5 м в обсерваторията Маунт Уилсън в Калифорния (САЩ), успя за първи път да разреши отделни звезди в мъглявината Андромеда. Сред тези звезди бяха цефеидните звезди, за които е известна връзката между периода на промяна на яркостта и светимостта.
Познавайки светимостта на звездата и скоростта на звездата, Е. Хъбъл получава зависимостта на скоростта на отстраняване на звездите от Слънчевата система в зависимост от разстоянието. На фиг. 41 показва графика от оригиналната работа на Е. Хъбъл.

Ориз. 43. Космически телескоп Хъбъл

Доплер ефект Доплеровият ефект е промяна в честотата, записана от приемника, когато източникът или приемникът се движат. Ако движещ се източник излъчва светлина с честота ω 0, тогава честотата на светлината, записана от приемника, се определя от съотношението c е скоростта на светлината във вакуум, v е скоростта на движение на източника на радиация спрямо приемника на радиация, θ е ъгълът между посоката към източника и вектора на скоростта в референтната система на приемника. θ = 0 съответства на радиалното разстояние на източника от приемника, θ = π съответства на радиалното приближаване на източника към приемника.

Радиалната скорост на движение на небесните обекти - звезди, галактики - се определя чрез измерване на промяната в честотата на спектралните линии. Тъй като източникът на радиация се отдалечава от наблюдателя, дължините на вълните се изместват към по-дълги дължини на вълните (червено изместване). Когато източникът на радиация се приближи до наблюдателя, дължините на вълните се изместват към по-къси (синьо изместване). Чрез увеличаване на ширината на разпределението на спектралната линия може да се определи температурата на излъчващия обект.
Хъбъл разделя галактиките според външния им вид на три големи класа:

елипсовидна (E),

спирала (S),

неправилен (Ir).

Ориз. 44. Видове галактики (спирални, елиптични, неправилни).

Характерна особеност на спиралните галактики са спиралните ръкави, простиращи се от центъра през целия звезден диск.
Елиптичните галактики са безструктурни системи с елипсовидна форма.
Неправилните галактики имат външно хаотична, тромава структура и нямат специфична форма.
Тази класификация на галактиките отразява не само външните им форми, но и свойствата на звездите в тях.
Елиптичните галактики са съставени предимно от стари звезди. В неправилните галактики основният принос към радиацията идва от звезди, по-млади от Слънцето. В спиралните галактики се срещат звезди от всички възрасти. По този начин разликата във външния вид на галактиките се определя от естеството на тяхната еволюция. В елиптичните галактики образуването на звезди на практика е спряло преди милиарди години. В спиралните галактики звездообразуването продължава. В неправилните галактики образуването на звезди се случва толкова интензивно, колкото и преди милиарди години. Почти всички звезди са концентрирани в широк диск, по-голямата част от който е междузвезден газ.
Таблица 19 показва относително сравнение на тези три типа галактики и сравнение на техните свойства въз основа на анализа на Е. Хъбъл.

Таблица 19

Основни видове галактики и техните свойства (според Е. Хъбъл)
Спирала	Елипсовидна	Нередовен
Процент във Вселената
Форма и структурни свойства
Плосък диск от звезди и газ със спираловидни рамена, които се удебеляват към центъра. Ядро от по-стари звезди и приблизително сферичен ореол (междузвезден газ, някои звезди и магнитни полета)

Седите, стоите или лежите, докато четете тази статия и не усещате, че Земята се върти около оста си с главоломна скорост – приблизително 1700 км/ч на екватора. Скоростта на въртене обаче не изглежда толкова висока, когато се преобразува в km/s. Резултатът е 0,5 km/s - едва забележимо изражение на радара, в сравнение с другите скорости около нас.

Точно както другите планети в Слънчевата система, Земята се върти около Слънцето. И за да остане в орбитата си, се движи със скорост 30 км/сек. Венера и Меркурий, които са по-близо до Слънцето, се движат по-бързо, Марс, чиято орбита минава зад орбитата на Земята, се движи много по-бавно.

Но и Слънцето не стои на едно място. Нашата галактика Млечен път е огромна, масивна и също подвижна! Всички звезди, планети, газови облаци, прахови частици, черни дупки, тъмна материя – всичко това се движи спрямо общ център на масата.

Според учените Слънцето се намира на разстояние 25 000 светлинни години от центъра на нашата галактика и се движи по елиптична орбита, като прави пълен оборот на всеки 220–250 милиона години. Оказва се, че скоростта на Слънцето е около 200–220 km/s, което е стотици пъти повече от скоростта на Земята около оста й и десетки пъти повече от скоростта на нейното движение около Слънцето. Ето как изглежда движението на нашата Слънчева система.

Стационарна ли е галактиката? Не отново. Гигантските космически обекти имат голяма маса и следователно създават силни гравитационни полета. Дайте малко време на Вселената (а ние я имаме от около 13,8 милиарда години) и всичко ще започне да се движи в посока на най-голяма гравитация. Ето защо Вселената не е еднородна, а се състои от галактики и групи от галактики.

Какво означава това за нас?

Това означава, че Млечният път е притеглен към себе си от други галактики и групи от галактики, разположени наблизо. Това означава, че масивните обекти доминират в процеса. А това означава, че не само нашата галактика, но и всички около нас са повлияни от тези „трактори“. Все по-близо сме до разбирането какво се случва с нас в космоса, но все още ни липсват факти, например:

• какви са били първоначалните условия, при които е възникнала Вселената;
• как различните маси в галактиката се движат и променят във времето;
• как са се образували Млечният път и околните галактики и клъстери;
• и как се случва сега.

Има обаче един трик, който ще ни помогне да го разберем.

Вселената е изпълнена с реликтово излъчване с температура 2,725 K, което се е запазило от Големия взрив. Тук-там има малки отклонения - около 100 μK, но общият температурен фон е постоянен.

Това е така, защото Вселената е образувана от Големия взрив преди 13,8 милиарда години и все още се разширява и охлажда.

380 000 години след Големия взрив Вселената се охлади до такава температура, че образуването на водородни атоми стана възможно. Преди това фотоните постоянно взаимодействаха с други плазмени частици: сблъскваха се с тях и обменяха енергия. Тъй като Вселената се охлаждаше, имаше по-малко заредени частици и повече пространство между тях. Фотоните можеха да се движат свободно в пространството. CMB радиацията представлява фотони, които са били излъчени от плазмата към бъдещото местоположение на Земята, но са избегнали разсейване, тъй като рекомбинацията вече е започнала. Те достигат до Земята през пространството на Вселената, което продължава да се разширява.

Можете сами да „видите“ това излъчване. Смущенията, които възникват на празен телевизионен канал, ако използвате обикновена антена, която прилича на заешки уши, са 1%, причинени от CMB.

Все пак температурата на реликтния фон не е еднаква във всички посоки. Според резултатите от изследванията на мисията "Планк" температурата се различава леко в противоположните полукълба на небесната сфера: тя е малко по-висока в части от небето южно от еклиптиката - около 2,728 К, и по-ниска в другата половина - около 2,722 К.

Карта на микровълновия фон, направена с телескопа Планк.

Тази разлика е почти 100 пъти по-голяма от другите наблюдавани температурни вариации в CMB и е подвеждаща. Защо се случва това? Отговорът е очевиден - тази разлика не се дължи на флуктуации в космическото микровълново фоново излъчване, тя се появява, защото има движение!

Когато се приближите до източник на светлина или той се приближи до вас, спектралните линии в спектъра на източника се изместват към къси вълни (виолетово изместване), когато се отдалечавате от него или той се отдалечава от вас, спектралните линии се изместват към дълги вълни (червено изместване ).

Излъчването на CMB не може да бъде повече или по-малко енергично, което означава, че се движим в пространството. Ефектът на Доплер помага да се определи, че нашата Слънчева система се движи спрямо CMB със скорост от 368 ± 2 km/s, а локалната група от галактики, включително Млечния път, галактиката Андромеда и галактиката Триъгълник, се движи с скорост от 627 ± 22 km/s спрямо CMB. Това са така наречените пекулярни скорости на галактиките, които възлизат на няколкостотин km/s. В допълнение към тях има и космологични скорости, дължащи се на разширяването на Вселената и изчислени според закона на Хъбъл.

Благодарение на остатъчната радиация от Големия взрив можем да наблюдаваме, че всичко във Вселената непрекъснато се движи и променя. И нашата галактика е само част от този процес.

Помислете за две галактики, разположени на разстояние Ледин от друг и се отдалечават един от друг със скорост V. Каква е стойността на червеното отместване в спектъра на първата галактика, измерено от наблюдател, разположен на втората?

Изглежда, че отговорът е очевиден. Стойност на червено отместване zе равно на:

Въпреки това, тази величина на червено отместване би се очаквала в стационарна Вселена. Но нашата Вселена се разширява! Може ли самият факт на разширяването на Вселената да повлияе на стойността на червеното отместване?

Нека променим състоянието на проблема. Сега нека приемем, че галактиките са на фиксирано разстояние Ледин от друг (например те се въртят бавно около общ център на масата). Ще открие ли наблюдател, намиращ се в една галактика, червено отместване в спектъра на друга поради факта, че Вселената се разширява?

Когато Вселената се разширява, тя преодолява гравитационното привличане между нейните части. Следователно, когато Вселената се разширява, нейната скорост на разширяване намалява. Фотон, движещ се от една галактика в друга, както всеки обект във Вселената, гравитационно взаимодейства с разширяващата се материя и по този начин „забавя“ разширяването на Вселената. Следователно енергията на фотон, движещ се в разширяваща се Вселена, трябва да намалява. Нека да направим количествени оценки.

Когато фотонът напусна една галактика, гравитационният потенциал във Вселената, създаден от цялата материя във Вселената, беше равен на F 1. Когато фотонът пристигна във втората галактика, гравитационният потенциал във Вселената се увеличи поради разширяването на Вселената и стана равен на Ф 2 > Ф 1 (в същото време | Ф 2 |< | Ф 1 |, так как гравитационный потенциал меньше нуля). То есть фотон, вылетев из области с более низким гравитационным потенциалом, прилетел в область с более высоким гравитационным потенциалом. В результате этого энергия фотона уменьшилась.

Така стойността на червеното отместване в емисионния спектър на галактика, която се отдалечава от нас, ще се състои от две части. Първата част, причинена директно от скоростта, с която галактиките се отдалечават, е така нареченият ефект на Доплер. Стойността му е:

Втората част е причинена от факта, че Вселената се разширява и следователно гравитационният потенциал в нея се увеличава. Това е така нареченото гравитационно червено изместване. Стойността му е:

(8.9)

Тук Ф 1 е гравитационният потенциал на Вселената в точката на тръгване на фотона, в момента на неговото тръгване; Ф 2 – гравитационен потенциал на Вселената в мястото на регистрация на фотона, в момента на регистрацията му.

В резултат на това стойността на червеното отместване в емисионния спектър на отдалечаващата се от нас галактика ще бъде равна на:

(8.10)

И стигаме до много важно заключение. Само част от космологичното червено отместване, наблюдавано в емисионните спектри на далечни галактики, е причинено директно от разстоянието на тези галактики от нас. Другата част от червеното изместване е причинена от увеличаване на гравитационния потенциал на Вселената. Следователно скоростта, с която галактиките се отдалечават от нас, е по-малко, отколкото се приема в съвременната космология, и възрастта на Вселената, съответно, Повече ▼.

Извършените изчисления показват, че ако плътността на Вселената е близка до критичната (това заключение е направено въз основа на изследване на широкомащабното разпределение на галактиките), тогава:

Тоест само 2/3 от стойността на космологичното червено отместване z 0 в спектрите на далечни галактики (8.10) се дължи на скоростта, с която галактиките се отдалечават. Съответно константата на Хъбъл е 1,5 пъти по-малка от предполагаемата в съвременната космология, а възрастта на Вселената, напротив, е 1,5 пъти по-голяма.

Как е решен въпросът за произхода на космологичното червено отместване в общата теория на относителността? Нека разгледаме две галактики, които участват в космологичното разширение на Вселената и чиито особени скорости са толкова малки, че могат да бъдат пренебрегнати. Нека разстоянието между галактиките в момента, в който фотонът напусне първата галактика, е равно на Л. Когато фотонът пристигне във втората галактика, разстоянието между галактиките ще се увеличи и ще бъде равно на Л + ЛГ. В общата теория на относителността гравитационното взаимодействие е напълно сведено до геометрията. Според тази теория най-важното количество, характеризиращо разширяващата се Вселена, е така нареченият мащабен фактор. Ако особените скорости на две галактики, отдалечени една от друга, могат да бъдат пренебрегнати, тогава коефициентът на мащаба ще се промени пропорционално на промяната в разстоянието между тези галактики.

Според общата теория на относителността дължината на вълната l на фотон, движещ се в разширяващата се Вселена, се променя пропорционално на промяната на мащабния фактор и съответно червеното отместване е равно на:

(8.12)

Ако V– скорост на отдалечаване на галактиките една от друга, Tе времето на полета на фотона, тогава:

В резултат получаваме:

Така според общата теория на относителността космологичното червено отместване не зависи нито от плътността на Вселената, нито от скоростта, с която се променя гравитационният потенциал на Вселената, а зависи самовърху относителната скорост на рецесия на галактиките. И ако, например, нашата Вселена се е разширявала със същата скорост, както сега, но в същото време е имала няколко пъти по-малка плътност, тогава, според общата теория на относителността, стойността на космологичното червено отместване в излъчването спектрите на галактиките биха били същото. Оказва се, че съществуването на огромни маси във Вселената, ограничаващи разширяването на Вселената, по никакъв начин не влияе на енергията на движещите се фотони! Това изглежда малко вероятно.

Може би затова възникнаха сериозни проблеми при опитите да се обясни в рамките на общата теория на относителността зависимостта на червените отмествания в спектрите на много далечни свръхнови от разстоянието до тях. И за да „спасят” общата теория на относителността, в края на ХХ век космолозите излагат предположението, че нашата Вселена се разширява не със забавяне, а напротив, с ускорение, противно на закона за универсалния свят. гравитация (тази тема се обсъжда в).

Тук няма да обсъждаме хипотезата за ускореното разширяване на Вселената (въпреки че, по мое дълбоко убеждение, не само общата теория на относителността, но и никоя друга теория не си заслужава да бъде спасена с помощта на подобни хипотези), а вместо това ще се опитаме да прехвърли този проблем от областта на теоретичната физика в областта на експеримента. Наистина, защо да провеждате теоретични дебати за произхода на космологичното червено отместване, ако можете да получите отговора на този въпрос във физична лаборатория?

Нека още веднъж формулираме този важен въпрос. Има ли космологично червено отместване, причинено не от ефекта на Доплер на отдалечаващите се галактики, а от факта, че когато фотонът се движи, гравитационният потенциал на Вселената се увеличава?

За да отговорите на този въпрос, е достатъчно да проведете следния експеримент (вижте фиг. 33).

Лазерният лъч се разделя на два лъча, така че единият лъч веднага удря детектора, а вторият лъч първо се движи известно време между две успоредни огледала и едва след това удря детектора. Така вторият лъч попада на детектора със закъснение t (няколко минути). И детекторът сравнява дължините на вълните на два лъча, излъчвани в моменти от време T-ти T. Трябва да се очаква промяна в дължината на вълната на втория лъч спрямо първия поради увеличаването на гравитационния потенциал на Вселената, причинено от нейното разширяване.

Този експеримент е разгледан подробно в, така че сега ще разгледаме само основните изводи, които могат да бъдат направени след провеждането му.

Ориз. 33. Схематична диаграма на експеримент за измерване на космологичното червено отместване, причинено не от ефекта на Доплер, а промяна в гравитационния потенциалвътре във Вселената.

Лазерният лъч се насочва към полупрозрачно огледало. В този случай една част от лъча преминава през огледалото и удря детектора по най-късия път. А втората част от лъча, отразен от огледалото и преминаващ през системата от огледала 1, 2, 3, попада на детектора с известно времезакъснение. В резултат на това детекторът сравнява дължините на вълните на два лъча, излъчени по различно време.

Първо, ще можем да разберем дали има или не космологично червено изместване, причинено не от скоростта на отстраняване на източника, а от самия факт на разширяването на Вселената, тоест увеличаването на гравитационния потенциал в Вселената.

Второ, ако бъде открита такава промяна (и има всички основания за това), тогава, по този начин, Ние чрез лабораторен експеримент ще докажем самия факт на разширяването на Вселената. Освен това ще можем да измерим скоростта, с която се увеличава гравитационният потенциал, създаден от цялата материя във Вселената.

Трето, като извадим от стойността на червеното изместване в спектрите на далечни галактики тази част, която е причинена не от скоростта на тяхното отстраняване, а от промяна в гравитационния потенциал, ние откриваме вярноскоростта, с която галактиките се отдалечават, и по този начин да можем да коригираме текущата оценка за възрастта на Вселената.

Междувременно нашата местна група се състезава към центъра на клъстера Дева със 150 милиона километра в час.

Млечният път и неговият съсед Андромеда, заедно с 30 по-малки галактики, както и хиляди галактики от Дева, са привлечени от Великия атрактор. Като се имат предвид скоростите в тези мащаби, невидимата маса, заемаща празнините между галактиките и галактическите купове, трябва да е поне десет пъти по-голяма от видимата материя.

Въпреки това, като добавим този невидим материал към видимия материал и получим средната маса на Вселената, получаваме само 10-30% от критичната плътност, която е необходима за „затваряне“ на Вселената. Това явление предполага, че Вселената е „отворена“. Космолозите продължават да спорят по тази тема по същия начин, както се опитват, или „тъмната материя“.

Смята се, че определя структурата на Вселената в огромен мащаб. Тъмната материя гравитационно взаимодейства с нормалната материя, което позволява на астрономите да наблюдават образуването на дълги, тънки стени на супергалактически клъстери.

Скорошни измервания (с помощта на телескопи и космически сонди) на разпределението на масата в M31, най-голямата галактика в близост до Млечния път, и други галактики доведоха до признаването, че галактиките са пълни с тъмна материя, и показаха, че мистериозна сила запълва празното пространство, ускорявайки разширяването на Вселената.

Сега астрономите разбират, че крайната съдба на Вселената е неразривно свързана с наличието на тъмна енергия и тъмна материя. Настоящият стандартен модел за космология предполага, че Вселената е 70% тъмна енергия, 25% тъмна материя и само 5% нормална материя.

Не знаем какво е тъмна енергия или защо съществува. От друга страна, теорията на частиците предполага, че на микроскопично ниво дори перфектният вакуум е изпълнен с квантови частици, които са естествен източник на тъмна енергия. Но основните изчисления показват, че тъмната енергия, която се произвежда от вакуума, е 10 120 пъти по-голяма от това, което наблюдаваме. Някои неизвестни физически процеси трябва да елиминират повечето, но не цялата вакуумна енергия, оставяйки достатъчно, за да ускорят разширяването на Вселената.

Нова теория за елементарните частици ще трябва да обясни този физически процес. Новите теории за „тъмните атрактори“ се крият зад така наречения принцип на Коперник, според който не е изненадващо, че ние, наблюдателите, приемаме, че Вселената е хетерогенна. Такива алтернативни теории обясняват наблюдаваното ускорено разширяване на Вселената без участието на тъмна енергия и вместо това предполагат, че сме близо до центъра на празнотата, отвъд която по-плътен „тъмен“ атрактор ни дърпа към него.

В статия, публикувана в Писма за физически преглед, Pengzhi Zhang от Шанхайската астрономическа обсерватория и Албърт Стебинс показаха на изложението Fermilab, че популярният модел на празнотата и много други могат добре да заменят тъмната енергия, без да са в конфликт с наблюденията на телескопа.

Проучванията показват, че Вселената е хомогенна, поне в мащаби до гигапарсеки. Джан и Стебинс твърдят, че ако съществуват широкомащабни нередности, те трябва да бъдат открити като температурна промяна в космическия микровълнов фон на реликтни фотони, произведени 400 000 години след Големия взрив. Това се случва поради електрон-фотонно разсейване (обратно на Комптън разсейване).

Фокусирайки се върху модела на празнотата на Хъбъл Бабъл, учените показаха, че при такъв сценарий някои региони на Вселената ще се разширяват по-бързо от други, което ще доведе до по-голямо температурно изместване от очакваното. Но телескопите, които изучават CMB, не виждат толкова голяма промяна.

Е, както каза Карл Сейгън, „необикновените твърдения изискват изключителни доказателства“.