Изотропна ли Вселенная?

Изотропна ли Вселенная?

Поскольку пространство и время являются формами существования материи, то их свойства во многом зависят от того, каким образом распределены в них различные материальные объекты. До сравнительно недавнего времени одним из основных положений науки о Вселенной считалось представление об ее «однородности» и «изотропии».

Что касается однородности, то это означает, что свойства достаточно больших по масштабам областей Вселенной в основных чертах одинаковы. И все наблюдательные данные, которые имелись в распоряжении астрономической науки, подобному представлению не противоречили. В частности, вывод об однородности Вселенной в больших масштабах не опровергался и обнаружением ее «сотового» строения и открытием гигантских космических «пустот», свободных от галактик. Дело в том, что размеры подобных «пустот» не идут ни в какое сравнение с размерами Метагалактики, то есть той области пространства, которая охвачена современными наблюдениями.

При существующих методах астрономических исследований, включая космический телескоп Хаббла, «горизонт видимости» равен примерно 12-16 миллиардам световых лет. Поскольку никакие «обычные» физические взаимодействия не могут распространяться в пространстве со скоростью, превосходящей скорость света, то доступная наблюдениям область Вселенной – конечна и всегда такой и будет оставаться. Мы не можем видеть объекты, расположенные от нас на таких расстояниях, которые световой луч не успевает преодолеть за время существования Вселенной.. Поэтому «горизонт видимости» мы не можем раздвинуть никакими техническими ухищрениями – хотя по мере старения Вселенной он, разумеется, постепенно отодвигается.

В ограниченной им области пространства можно разместить примерно около 1000 «ячеек», для каждой из которых характерна однородность.

Несколько сложнее обстоит дело с «изотропией», то есть одинаковостью свойств по любым направлениям. Во второй половине XX столетия были получены неожиданные данные, которые, возможно, заставят пересмотреть представления, существовавшие на этот счет ранее. Речь идет о наблюдениях так называемых двойных радиоисточников – радиогалактик, каждая из которых состоит из двух связанных между собой радиокомпонентов. Таких радиоисточников зафиксировано довольно много, и они распределены по всей небесной сфере. Английский астроном П. Берч на радиотелескопе обсерватории Джодрелл Бэнк изучил около сотни таких радиогалактик, расположенных как в Северном, так и в Южном полушариях неба.

Известно, что электромагнитные волны, в том числе и радиоволны, в отличие, например, от звуковых волн – поперечные. Если у звуковой волны направление колебаний совпадает с направлением распространения волны, то у электромагнитных волн оно перпендикулярно этому направлению. Если к тому же поперечные колебания происходят в одной плоскости, то электромагнитная волна называется «линейно-поляризованной», а плоскость, перпендикулярная плоскости колебаний, называется плоскостью поляризации.

В процессе наблюдений Берч измерял угол между линией, соединяющей компоненты двойных радиоисточников, и направлением плоскости поляризации радиоизлучения. И обнаружил удивительный факт: оказалось, что у радиоисточников, расположенных в одной полусфере неба, этот угол имеет один знак, а у радиоисточников, расположенных в другой полусфере – противоположный.

Попутно был обнаружен еще один интересный факт: оказалось, что газовые перемычки, связывающие друг с другом компоненты двойных радиоисточников, в одной полусфере неба изогнуты в одну сторону, а в другой – в противоположную.

Поскольку этим неожиданным фактам разумного объяснения не находилось, астрофизики решили проверить, не являются ли полученные ими результаты следствием воздействия каких-либо неучтенных побочных обстоятельств.

Иными словами, исследователи попытались убедиться в том, что обнаруженные ими явления реальны. В частности, возникло предположение, что побочное влияние на полученные результаты мог оказать так называемый эффект Фарадея – эффект вращения плоскости поляризации электромагнитного излучения под воздействием внешнего магнитного поля. Ученые стали выяснять, не вызваны ли обнаруженные различия свойств двойных радиоисточников, расположенных в противоположных областях небесной сферы, влиянием магнитного поля нашей Галактики? Однако самая тщательная проверка подобную возможность не подтвердила.

Оставалось предположить, что обнаруженное различие в свойствах двойных радиоисточников носит внегалактический характер и, следовательно, породившая это явление причина кроется в самых общих закономерностях нашей Вселенной.

Был обнаружен и еще один довольно любопытный факт. Дело в том, что все двойные радиоисточники вращаются вокруг собственных осей. И оказалось, что эти оси имеют некое преимущественное направление в пространстве.

Если результаты наблюдений, о которых идет речь, подтвердятся, то это послужит серьезным поводом для того, чтобы предположить – не обладает ли наша Вселенная какими-то весьма общими свойствами, которые нарушают ее изотропию. Одним из таких свойств могло бы явиться вращение Вселенной с угловой скоростью, обеспечивающей один полный оборот за 100 триллионов лет…

В этой связи небезынтересно отметить, что в свое время советский астрофизик P.M. Мурадян разработал оригинальную гипотезу, согласно которой наша Метагалактика произошла в результате взрыва сверхмассивного суперадрона с массой порядка 10⁵⁸ г – элементарной частицы, принимающей участие в так называемых сильных взаимодействиях. В результате распада этого суперадрона на более мелкие адроны образовались протоскопления галактик, а последующие распады на адроны еще меньшей массы привели к формированию отдельных галактик. Если гипотеза Мурадяна верна, то Метагалактика как раз должна обладать собственным вращением.

Правда, стоит подчеркнуть, что такое вращение является лишь необходимым, но еще недостаточным условием справедливости гипотезы Мурадяна, то есть предложенного им физического механизма образования галактик. Поэтому вращение Метагалактики само по себе еще не может служить доказательством того, что его гипотеза верна. Однако возможность объяснения тех фактов, которые были обнаружены при наблюдениях двойных радиоисточников, вращением нашей Вселенной заставляет об этой гипотезе, по крайней мере, вспомнить.

Справедливость требует заметить, что после публикаций Берча в научной печати появлялись сообщения, авторы которых подвергали результаты его наблюдений сомнениям. Но сам Берч продолжал настаивать на их обоснованности.

Впрочем, в возникшей дискуссии нет ничего удивительного или необычного. Все новые научные результаты, способные заметно повлиять на существующие фундаментальные представления о мироздании, всесторонне обсуждаются. И это вполне справедливо.

Поэтому и факты, которые ставят под сомнение отсутствие во Вселенной изотропии, также нуждаются в многократной тщательной проверке. Но если они подтвердятся – это будет иметь огромное значение для всего естествознания.