Млечный Путь №1 (1) 2012 - Коллектив авторов

В номинации «Физика» лауреатами 2011 г. стали американцы Сол Перлмуттер, Адам Райсс и австралиец Брайан Шмидт «За открытие факта ускоренного расширения Вселенной».

Этот факт был установлен в 1998 г. результате изучения взрывов сверхновых определенного типа (т. н. тип Ia) в далеких галактиках и их скоплениях. Дело в том, что по современным представлениям эти взрывы имеют практически одинаковую энергию и, соответственно, вспышки имеют одинаковую светимость. Но наблюдаются они с разной светимостью – чем дальше взорвалась сверхновая, тем, естественно, слабее регистрируемая вспышка света. И измерение этого ослабления позволяет определить расстояние до вспышки – видимая светимость обратно пропорциональна квадрату расстояния до объекта.

Расстояние, на котором зафиксирован объект, зависит от его скорости по отношению к земному наблюдателю. А эта скорость на больших расстояниях определяется расширением Вселенной от момента Большого взрыва. И анализ данных по мощности вспышек около 60 сверхновых в далеких галактиках ( http://galspace.spb.ru/indvop.file/44.html ) позволил авторам открытия установить, что далекие галактики удаляются от нас и друг от друга с ускорением.

В качестве физической причины, вызывающей это ускорение, теоретики предлагают считать новый, неизвестный до сих пор вид энергии – «темную энергию». Расчеты по принятой сейчас Стандартной космологической модели (о ней см. http://www.modcos.com/articles.php?cat=16 ) показывают, что 74 % массы наблюдаемой Вселенной приходятся именно на таинственную темную энергию.

Но, как отметил известный астроном и популяризатор науки С. Попов, «курьезность заключается в том, что сегодня никто не считает данные по сверхновым, т. е. данные трех лауреатов, основными по темной энергии. Но они были первыми и независимо подтверждены. Вот почему это колоссально важно».

( http://ria.ru/infografika/20111003/448255547.html )

Независимые же подтверждения были получены из данных по реликтовому излучению, гравитационному линзированию и космическому нуклеосинтезу.

Все эти подтверждения опираются именно на представления Стандартной космологической модели (см. «Стандартная космологическая модель» в Википедии ).

Однако не следует думать, что вопрос об интерпретации экспериментальных данных, полученных лауреатами, закрыт. Более того, это и другие экспериментальные достижения современной астрофизики породили в среде профессиональных космологов ощущение того, что «не все в порядке в Датском королевстве». Свидетельством тому является опубликованное 22 мая 2004 г. в New Scientist «Открытое письмо научному сообществу». ( http://cosmologystatement.org ) Письмо к настоящему моменту подписали более 500 исследователей из многих стран мира. В письме, в частности, говорится: «Теория Большого взрыва сегодня основывается на растущем количестве гипотетических объектов, которые мы никогда не наблюдали: инфляция, темная материя, темная энергия – наиболее одиозные примеры. Без них было бы фатальное противоречие между наблюдениями, сделанными астрономами, и предсказаниями теории Большого взрыва. Ни в какой другой области физики не используется такой метод создания новых гипотетических объектов для наведения моста между теорией и наблюдением. По крайней мере, только это поднимает серьезный вопрос о законности основополагающей теории современной космологии».

Конфликт мнений относительно основополагающих положений современной космологии буквально расколол научное сообщество на два лагеря – монолитное большинство, определяющее тематику и бюджет, и разрозненное в своих научных устремлениях меньшинство с альтернативными идеями. Но, поскольку наука по сути абсолютно чужда классической демократии и ее принципиальные вопросы не решаются большинством голосов, не обращать внимания на высказываемые меньшинством идеи ни в коем случае нельзя.

Не предвосхищая результата столкновения мнений этих групп (довольно резкого по форме, что видно из текста цитируемого письма), можно констатировать, что Стандартная космологическая модель является сегодня наиболее полной по описательной способности экспериментальных фактов не только качественно, но и количественно. Но, в то же время, она породила множество альтернативных моделей, среди которых вполне могут быть те, которые придут ей на смену.

И есть «сермяжная правда» вот в такой оценке открытия Перлмуттера, Райсса и Шмидта, которая дана на форуме сайта «Астронет»: «Это скорее не открытие, а закрытие. Как было хорошо 30 лет назад, когда картина мира казалось ясной и понятной. А сейчас стало окончательно ясно, что о вселенной мы знаем не много…»

( http://www.astronet.ru/db/forums/1254066 )

В номинации «Химия» лауреатом Нобелевской премии в 2011 г. стал израильтянин Даниэль Шехтман – «За открытие квазикристаллов».

До этого времени считалось твердо установленным, что строение кристаллических веществ можно описать равномерной трансляцией (перемещением) по трем пространственным осям простейшего элемента – одной элементарной ячейки (куба, призмы, пирамиды). При такой трансляции все пространство кристалла заполняется атомами равномерно и строго периодически. Для такого механизма математически было доказано, что у возникающей при этом структуры могут быть оси симметрии второго, третьего, четвертого и шестого порядка. Это значит, что при одном полном повороте вокруг таких осей кристалл «совпадает сам с собой» два, три, четыре или шесть раз. Особо подчеркивалось, что осей симметрии других порядков нет и быть не может.

Открытие было сделано в 1982 г. (опубликовано в 1984 г.) при изучении сплава алюминия с марганцем. Д. Шехтман обнаружил, что у частиц из этого сплава есть ось симметрии… пятого порядка. Но это же математически запрещено для любых атомных структур, периодически заполняющих объем кристалла!

Какой же физический эффект смог нарушить математический запрет? Суть его, в формулировке авторитетного специалиста в области изучения квазикристаллов проф. Ю. Х. Векилова, такова: квазикристаллы – это вещества с апериодическим дальним атомным порядком ( http://ria.ru/infografika/20111003/448255547.html ). Это значит, что у квазикристаллов нет периода трансляции элементарной ячейки, как у обычных кристаллов, но есть дальний порядок расположения атомов!

Оказалось, что «плотно заполнить» пространство можно и иным, отличным от трансляционного методом. За 10 лет до публикации Шехтмана английский математик и физик Р. Пенроуз открыл геометрические структуры, которые позволяют заполнить плоскость непериодическим, но упорядоченным образом. Для этого нужно использовать две различные элементарные ячейки. У Пенроуза это были ромбы с разными углами при вершинах. И мозаики Пенроуза являются структурами двумерных квазикристаллов.