Простейший способ разрешить это противоречие состоял в том, что Вселенная не плоская, а открытая (то есть параллельные на сегодняшний день лучи света в ней расходятся, если проследить их траектории назад; это было, конечно, до того, как наблюдения реликтового излучения показали, что так быть не может). Однако и с таким предположением возникали некоторые трудности, и положение дел оставалось далеко не очевидным.

Любой школьник, который уже изучает физику, скажет вам, что гравитация – это очень притягательно, то есть она все притягивает. Правда, как часто бывает в физике и вообще в науке, сейчас мы понимаем, что нам придется расширять мировоззрение, потому что природа изобретательнее нас. Если мы на миг предположим, что притягательная природа гравитации приводит к тому, что расширение Вселенной замедляется, то мы сможем получить верхний предел возраста Вселенной, если принять, что скорость галактики, расположенной на известном расстоянии от нас, была постоянной с момента Большого взрыва. Дело в том, что если Вселенная замедлялась, то эта галактика когда-то удалялась от нас быстрее, чем сейчас, а следовательно, ей потребовалось бы меньше времени, чтобы добраться до нынешнего положения, чем если бы она всегда двигалась с нынешней скоростью. В открытой Вселенной с преобладанием обычного вещества замедление шло бы медленнее, чем в плоской Вселенной, а значит, предполагаемый возраст Вселенной был бы больше, чем в плоской Вселенной с преобладанием обычного вещества, для того же самого известного ныне темпа расширения. Более того, этот возраст оказался бы гораздо ближе к значению, которое мы получаем, считая, что за все космическое время темп расширения был постоянным.

Теперь вспомним, что ненулевая энергия пустого пространства должна породить гравитационное отталкивание, такое же, как и от космологической постоянной, а из этого следует, что расширение Вселенной с течением космического времени ускорялось, то есть раньше галактики расходились медленнее, чем сегодня. А это значит, что до своего нынешнего положения они добирались дольше, чем при постоянном расширении. И в самом деле, для ныне определенной постоянной Хаббла самый большой возраст нашей Вселенной (около 20 млрд лет) можно получить, если не только учесть измеренное количество видимого и темного вещества и допустить существование ненулевой космологической постоянной, но и если мы будем вольны подгонять значение этой постоянной под плотность вещества в сегодняшней Вселенной.

В 1996 г. мы с Брайаном Шабойе и нашими коллегами Пьером Демарком из Йельского университета и постдоком Питером Кернаном из Университета Кейз Вестерн Резерв работали над тем, чтобы определить нижний предел возраста самых старых звезд, и у нас получилось около 12 млрд лет. Для этого мы на мощных компьютерах построили модели эволюции миллионов разных звезд и сопоставили их цвет и яркость с реальными звездами, которые наблюдаются в шаровых скоплениях нашей Галактики, потому что давно считалось, что это одни из самых старых ее объектов. При дополнительном предположении о том, что Галактика формировалась около 1 млрд лет, такой нижний предел окончательно перечеркнул вариант плоской Вселенной, где преобладает вещество, и стал доводом в пользу Вселенной с космологической постоянной (один из факторов, повлиявших на выводы нашей с Тёрнером статьи, опубликованной годом раньше), а открытая Вселенная балансировала где-то на грани возможного.

Однако оцененный нами возраст самых старых звезд опирался на старые наблюдения, сделанные на пределе чувствительности тогдашних приборов, а в 1997 г. были получены новые данные, которые заставили нас пересмотреть наши оценки. Они уменьшились на 2 млрд лет, что вело к несколько более молодой Вселенной. Положение дел сильно запуталось, все три космологические модели снова стали вполне возможными, так что многие из нас были вынуждены вернуться к расчетам.

Все изменилось в 1998 г. – и по странному совпадению в том же году проект BOOMERanG показал, что Вселенная плоская.

В течение 70 лет, которые прошли с тех пор, как Эдвин Хаббл впервые измерил темп расширения Вселенной, астрономы не жалели сил на то, чтобы как можно точнее определить его величину. Вспомним, что в 1990-е гг. они наконец нашли «стандартную свечу», то есть такой объект, светимость которого можно установить независимо, а значит, измерив его наблюдаемую яркость, определить, на каком он находится расстоянии. Казалось, что это надежная «стандартная свеча», которую можно наблюдать в глубинах пространства и времени.

Как уже говорилось, яркость и продолжительность вспышки определенной разновидности взрывающихся звезд – так называемых сверхновых типа Ia – связаны определенным соотношением. Но, чтобы измерить, сколько времени та или иная сверхновая типа Ia остается яркой, нужно прежде всего учесть эффекты «растяжения» времени из-за расширения Вселенной, а из этого следует, что измеряемое нами время жизни такой сверхновой на самом деле больше, чем реальное время жизни в ее неподвижной системе отсчета. Тем не менее из наблюдаемой длительности вспышки можно вывести светимость такой сверхновой, измерить наблюдаемую яркость с помощью телескопа и в конечном итоге определить расстояние до галактики, в которой взорвалась эта сверхновая. Если одновременно измерить красное смещение этой галактики, можно определить ее скорость. Комбинируя оба результата, мы можем измерять темп расширения Вселенной все точнее и точнее.

Поскольку сверхновые очень яркие, они не просто служат отличным инструментом для измерения постоянной Хаббла, но и дают наблюдателям возможность заглядывать в прошлое на расстояния, составляющие заметную долю полного возраста Вселенной.

А это открывает перед нами новую ошеломительную возможность поохотиться на еще более соблазнительную добычу – возможность измерить, как постоянная Хаббла меняется с течением времени.

Измерить, как меняется постоянная? Казалось бы, оксюморон – и был бы оксюморон, если не учитывать, что мы, люди, по меркам Вселенной, живем очень недолго. В масштабах человеческой жизни темп расширения Вселенной и в самом деле неизменен. Однако, как я только что объяснил, из-за воздействия гравитации темп расширения Вселенной должен меняться с течением времени.

Астрономы полагали, что если измерить скорость очень далеких сверхновых, расположенных на самом краю видимой Вселенной, и расстояние до них, то можно будет измерить и темп, с которым замедляется расширение Вселенной (поскольку все думали, что Вселенная должна вести себя разумно и главная гравитационная сила в ней – сила притяжения). А это, как они надеялись, в свою очередь поможет понять, открытая ли, замкнутая или плоская у нас Вселенная, поскольку темп замедления как функция времени при каждой геометрии должен быть свой.

В 1996 г. я провел полтора месяца в Лаборатории имени Лоуренса в Беркли. Я читал там лекции по космологии и обсуждал разные научные проекты с местными коллегами. В частности, я прочитал доклад о нашей гипотезе, предполагающей, что в пустом пространстве может содержаться энергия. После доклада ко мне подошел молодой физик Саул Перлмуттер, который как раз работал над обнаружением далеких сверхновых, и сказал: «Мы докажем, что вы не правы!»

Саул имел в виду один из аспектов нашей гипотезы о плоской Вселенной, 70 % энергии которой заключено в пустом пространстве. Мы помним, что такая энергия порождает космологическую постоянную, которая обеспечивает отталкивающую силу. Эта сила действует по всему пространству и будет доминировать в расширении Вселенной, отчего оно будет ускоряться, а не замедляться.

Как я уже писал, если расширение Вселенной с течением космического времени ускорялось, Вселенная сегодня должна быть старше, чем мы могли бы заключить, если бы расширение замедлялось. А из этого следует, что и взгляд в прошлое на галактики с заданным красным смещением окажется более далеким. С другой стороны, если они удалялись от нас в течение большего времени, из этого должно следовать, что свет от них зародился дальше от нас. Сверхновые в галактиках с тем или иным измеренным красным смещением должны казаться нам более тусклыми, чем если бы свет зародился ближе. Если посмотреть на график и представить, что мы измеряем зависимость скорости от расстояния, то наклон кривой для сравнительно близких галактик позволяет нам определить темп расширения на сегодня. Далее кривая для далеких сверхновых может изогнуться вверх или вниз, и это скажет нам, разгоняется Вселенная или замедляется с течением космического времени.

Спустя два года после нашей встречи Саул и его коллеги в составе международной рабочей группы по космологии на базе сверхновых (так называемый Supernova Cosmology Project) опубликовали на основании первых предварительных данных статью, из которой следовало, что мы ошиблись. (На самом деле они не написали прямо, что мы с Тёрнером не правы, поскольку, как и большинство других наблюдателей, не обратили особого внимания на нашу статью.) По их данным получалось, что график зависимости расстояния от красного смещения изгибается вниз, а значит, верхний предел энергии пустого пространства гораздо ниже, чем требуется для того, чтобы она составляла значительную часть полной энергии Вселенной на сегодняшний день.

Однако, как часто бывает, первые полученные данные могут не быть представительными в отношении всего объема данных: случается невезение со статистикой, а бывают и непредвиденные систематические ошибки, влияющие на данные, которые не видны, пока не накопится гораздо более обширная выборка. Так и получилось с данными, которые опубликовала эта рабочая группа: их выводы оказались ошибочными.

Другой международный проект по исследованию сверхновых под названием High-Z Supernova, которым руководил Брайан Шмидт из Обсерватории Маунт-Стромло в Австралии, осуществлялся с той же целью, и он начал давать другие результаты. Недавно Брайан рассказал мне, что, когда они получили первый обоснованный результат, позволяющий заявить об ускоренном расширении Вселенной и о значительной энергии вакуума, ученым «зарезали» заявку на наблюдательное время на телескопе, а один журнал сообщил им, что они, должно быть, ошибаются, потому что Supernova Cosmology Project уже определил, что Вселенная плоская и в ней преобладает обычное вещество.

Подробная история соперничества этих групп, несомненно, будет рассказана еще не раз и не два, особенно после того, как ученые поделят Нобелевскую премию, а это их наверняка ждет[18]. Здесь же не место для спора о приоритете. Достаточно сказать, что к началу 1998 г. группа Шмидта опубликовала статью, где было показано, что Вселенная, судя по всему, расширяется с ускорением. Примерно через полгода группа Перлмуттера объявила, что получила сходные результаты, и опубликовала статью, где подтверждала результаты High-Z Supernova и, в сущности, признавала свои прежние ошибки. Теперь более обоснованной представлялась картина Вселенной, в которой доминирует энергия пустого пространства, то есть, как теперь ее принято называть, темная энергия.

То, с какой быстротой научное сообщество признало эти результаты, хотя для этого потребовался полный пересмотр всей общепринятой картины Вселенной, – предмет для интересного исследования в области социологии науки. Это произошло практически мгновенно несмотря на то, что, как подчеркивал Карл Саган, «экстраординарные заявления требуют экстраординарных доказательств». А это было и вправду экстраординарное заявление.