U (омега) и баланс сил в космосе
Современные космологи утверждают, что на начальной стадии были возможны три сценария развития вселенной. 1) Сила гравитации могла быть больше силы расширения, и вселенная бы очень быстро свернулась обратно, до того, как могли появиться галактики и звезды. 2) Сила расширения могла перевесить силу гравитации, и вселенная бы развернулась слишком быстро для того, чтобы могли появиться звезды и галактики. 3) Силы гравитации и расширения могли быть уравновешены, и вселенная расширялась бы именно с той скоростью, которая необходима для формирования звезд и галактик и их долговременного существования.
Таким образом, судьба всей вселенной зависит от критической средней плотности материи. Критическая плотность – это 5 атомов на кубический метр. Если она будет больше 5 атомов на кубический метр, гравитация станет настолько сильной, что вселенная свернется. Если плотность будет меньше этой цифры, вселенная станет расширяться слишком стремительно.
Число омега – это соотношение критической плотности и фактической плотности (Rees. 2000. Pp. 72–90). Если критическая плотность и фактическая плотность равны, соотношение будет равно 1, то есть U[9] (омега) = 1. Такое соотношение позволит вселенной медленно расширяться в таком темпе, при котором смогут появляться звезды и галактики, как это происходит в нашей вселенной. Однако в нашей вселенной фактическая плотность видимой материи значительно меньше критической плотности. Если учесть всю видимую материю, звезды, межзвездный газ, то фактическая плотность составит 0,04 критической плотности. Но, наблюдая за движениями видимой материи, ученые убедились, что во вселенной есть вещество, которое условно назвали темной материей. Например, спиралевидные галактики похожи на вертушку, у которой два или больше закрученных потока звезд, которые начинаются из яркого центрального ядра. Когда астрономы смотрят на спиралевидные галактики, они видят, что там нет достаточного количества обычной видимой материи, чтобы эти потоки так изгибались и шли так близко к центрам таких галактик. Согласно законам притяжения, эти потоки должны были быть менее искривленными. А галактикам, чтобы сохранять существующую форму, нужно иметь в десять раз больше материи, чем в них есть по подсчетам ученых. Получается, что в них есть другая материя, «недостающая». В каком же виде она может находиться? Некоторые астрофизики предполагают, что темная материя может состоять из нейтрино, странных частиц с очень маленькой массой, которые появились в результате Большого взрыва или же из мириадов черных дыр с очень большой массой. Рис пишет: «К сожалению, более 90% вселенной остаются непонятными нам – но еще более обидно, что мы не можем даже представить, из чего состоит темная материя – то ли из частиц массой 10(**(–33)) грамм (нейтрино), то ли из частиц массой до 10**39 грамм (черные дыры)» (Rees. 2000. P. 82). Когда к видимой материи присоединяется темная материя, фактическая плотность материи во вселенной становится равна примерно 0,30 от критической плотности. Если сейчас положение дел именно таково, то через миллиарды лет роста вселенной, соотношение фактической и критической плотности материи во вселенной должно быть очень близко к единице. По словам Риса, «Наша вселенная была создана с невероятной точностью, практически идеально точно для того, чтобы сбалансировать уменьшающуюся силу притяжения. Это примерно то же самое, что сидеть на дне колодца и подбрасывать вверх камень – он остановится в самой верхней точке. Точность просто поразительная: через секунду после Большого взрыва R не могла отличаться от единицы больше чем на значение 1/Х, где Х – миллион миллиардов (1/(10**15)) – и поэтому сейчас, через 10 миллиардов лет, вселенная продолжает расти, и значение U не сильно отошло от единицы» (Rees. 2000. P. 88).