Ось зла во Вселенной и Великая пустота
Если вы интересуетесь физикой, астрономией, космологией и этим вот всем, то вам наверняка доводилось слышать словосочетание "Ось зла". Попытаемся разобраться, что это такое и почему оно так называется.
Для начала небольшой экскурс в теорию. Одной из основ современных представлений об устройстве Вселенной является представление об "одинаковости" ее пространства, отсутствии в нем каких-то особых точек и направлений.
Например, в рамках современной космологии бессмысленны разговоры о "центре Вселенной". Считается, что никакого центра у Вселенной нет: в ходе Большого Взрыва Вселенная не "разлеталась" как осколки взорвавшейся бомбы из некоего центра, а разбухала во всех направлениях и во всех точках одинаково. Причем любая только что образовавшаяся точки пространства сама по себе тоже тут же начинала разбухать. В этом смысле, отвечая на вопрос, где находится "эпицентр" Большого Взрыва, вы можете спокойно заявить, что он находится на кончике вашего носа. И - формально - будете правы. Но должны смириться с тем, что другой человек может считать центром Вселенной свой собственный нос, и будет, снова-таки, совершенно прав. Потому что в момент большого взрыва обе эти точки были одной и той же точкой: никаких других на тот момент физически не существовало.
Еще одно следствие: материя и энергия (что в общем-то одно и то же самое) должны быть распределены во Вселенной примерно однородно. "Примерно" - потому что на самом деле, конечно, никакой однородности нет. Плотность материи, скажем, в ядре Солнца (или тем более в сердце черной дыры) несравнима с плотностью таковой материи где-нибудь в межгалактическом пространстве. Но с точки зрения физики, это не проблема: по сути, повышенная концентрация материи в одних точках и пониженная - в других является лишь статистической флуктуацией. Если мы возьмем достаточно большой объем пространства, скажем, куб с длиной грани в пару миллионов световых лет, и посчитаем попавшую в этот куб массу вещества, то окажется, что для двух любых таких кубов, размещенных в разных частях Вселенной, эта масса будет почти одинаковой - с точностью до нескольких процентов.
Крупномасштабная структура Вселенной. Светлые точки - галактики и скопления галактик.
Долгое время все подобные наблюдения подтверждали однородность и изотропность (отсутствие неких "избранных", "особых" направлений) Вселенной. Однако последние 15 лет ученые начинают подозревать, что это может быть не так. Сомнения зародились после детального изучения такой штуки, как реликтовое излучение. Следует сказать пару слов о том, что оно есть и с чем его едят.
На ранних этапах своей эволюции Вселенная была непрозрачна для электромагнитного излучения. Фотоны не могли путешествовать сквозь него: рождаясь в тех или иных процессах и реакциях, они немедленно поглощались веществом, затем излучались им обратно и почти мгновенно поглощались снова. Однако примерно 13,7 миллиарда лет тому назад, примерно через полмиллиарда лет после Большого Взрыва, вещество Вселенной стало настолько разреженным и холодным, что фотоны получили возможность пролетать через него. В результате эти освободившиеся от плена материи фотоны понеслись во все концы и во все стороны Вселенной. Те из них, которые в этот момент находились в наиболее удаленных от Земли ее частях, долетают до нас и до сих пор.
По сути, реликтовое излучение - это фотография Вселенной, какой она была 13,7 миллиарда лет тому назад.
Так вот. Если Вселенная однородна и изотропна, как мы считаем, и БЫЛА однородной и изотропной с самого своего рождения, в чем мы тоже уверены, то и реликтовое излучение, идущее к нам с различных направлений, тоже должно быть однородным, иметь примерно равную интенсивность и сходные спектры частот.
Точнее, на практике говорят о "температуре" реликтового излучения. Дело в том, что спектр этот по форме похож на спектр излучения нагретого тела при определенной температуре (в среднем 2,7 градуса Кельвина, −270 Цельсия).
Спектр реликтового излучения из одной умной книжки. Ну, просто если вдруг кому интересно.
Конечно, опять-таки, условно. Мы уже довольно давно знаем, что на небосводе есть особые точки, идущее из которых реликтовое излучение или "теплее", или "холоднее" средних значений. И это никого не смущает: нет сомнений в том, что флуктуации плотности материи существовали и в ранней Вселенной. Тем более, что на больших масштабах реликтовое излучение также оказывается в общем-то достаточно однородным - исключая отдельные феномена типа Великой пустоты Эридана (самой "холодной" с точки зрения излучения области на небосводе), но ее тоже в общем-то можно объяснить особо выдающейся флуктуацией. Особой угрозы для теории такое не представляет.
"Теплые" и "холодные" участки на небосводе
Хуже другое: когда ученые составили карту вот таких вот небольших отклонений параметров реликтового излучения от средних значений, выяснилось, что эти отклонения распределены не абы как, а подчинены определенной симметрии. То есть, можно провести воображаемую линию на карте небосвода, и, если взять некую область с пониженной "температурой" идущего оттуда реликтового излучения, то окажется, что по другую сторону этой линии симметрично будет располагаться область с более "теплым" излучением.
Как-то так
И вот это уже очень странно. И "спасительными флуктуациями" это уже не объяснишь, потому что флуктуации - штука по определению случайная, никаких симметрий в них наблюдаться не должно. А они, сволочи, наблюдаются.
Ну а вообще типа вот так. Кружочек снизу справа - та самая Великая пустота Эридана, о которой говорилось выше
Так вот: Ось зла - это и есть та самая линия, ось симметрии аномалий реликтового излучения.
Почему ее называют Ось зла? Это очередной термин из серии "физики шутят": дело в том, что эта ось - то самое "избранное направление" во Вселенной, которого существовать не должно. То есть, сильно похоже на то, что наша Вселенная если и более ли менее однородна, то по крайней мере не вполне изотропна. А значит, не совсем правдой оказываются самые базовые представления об этой самой Вселенной, и по сути всю космологию придется переписывать заново. Делать это физикам, мягко говоря, не хочется, и обнаружению Оси они не слишком обрадовались. Вот и дали ей такое недоброе название. Простым же смертным никакого зла от Оси зла не предполагается. Ну, наверное.
Впервые об Оси зла заговорили в 2005 году, и с тех пор постоянно публикуются новые работы, одни из которых подтверждают ее существование, другие, напротив, опровергают его. Проблема в недостаточной точности измерительных средств, которые пока не способны фиксировать достаточно малые отклонения параметров реликтового излучения. Последние наблюдения телескопа Chandra (март 2020) вроде бы показывают, что таки да.
Предыдущие измерения космической обсерватории Planck (2016) типа свидетельствовали, что нет. Точку в споре вроде бы должен поставить российский телескоп "Спектр-РГ". Результатов его наблюдений космологи всего мира ждут с нетерпением и легким страхом.
