Космические струны что это
Космические струны. Что это?
В теории струн все физические взаимодействия сводятся уже к взаимодействию не точечных, а протяжённых объектов – к взаимодействию струн.
Что же такое космические струны?
В просторах космос просматриваются нитевидность при расположении галактик и их скоплений. Нитеобразное расположение скоплений в сверхскоплениях видны более отчётливо, чем нитевидные расположения отдельных галактик в самих скоплениях. Скорей всего это объяснятся тем, что галактики расположены ближе друг к другу, чем соседние скопления и потому в значительно большей степени подвержены взаимодействию сил взаимного тяготения. Есть предположение, что на заре возникновения Вселенной существовали нитевидные уплотнения материи, которые способствовали возникновению галактик.
Материал, из которого состоят подобные нитевидные, тончайшие, словно волос, образования (космические струны) должен быть чудовищно плотным и массивным. Иначе эти неоднородности не смогли сконцентрировать вокруг себя и удержать вещество, необходимое для формирования тысячи галактик. Этот материал должен быть в высшей степени устойчивым, крепким, способным не только противостоять необычно бурным процессам, протекающим в окружающей расплавленной магме, но и оставаться при этом «холодным», безразличным к испепеляющему жару ранней Вселенной.
Обсуждая удивительные свойства космических струн физики, нередко говорят о «запаянном» в этих тончайших «жгутах» «первобытном» вакууме и о «высоконапряжённом вакуумном поле», о « первобытном правеществе».
Можно ли сейчас обнаружить космические струны или хотя бы их остатки? «Струны» не излучают ни света, ни радиоволны, хранят они полное «молчание» и во всех других диапазонах электромагнитных излучений. Одна надежда на гравитацию. Если позади струны расположен квазар (компактный, необыкновенно яркий космический объект), то в телескоп мы увидим не одну, а две близко расположенные светящиеся точки. Благодаря воздействию поля тяготения «струны» произойдёт «расщепление» изображения квазара на две составляющие. Если же позади «космической струны» окажется какая-нибудь галактика, то её видимый диск мы увидим рассеченный на две половины.
Так была построена новая, «струнная» модель формирования крупномасштабных структур Вселенной.
Группа астрофизиков из Гарвардского университета в США в результате тщательного анализа ряда скоплений галактик, обнаружила довольно многочисленные нарушения нитеобразной структуры. Оказалось, что в ряде мест у «нитей» имеются гигантские разрывы, свободные от вещества, протяжённостью в сотни миллионов световых лет. По форме эти пустоты похожи на гигантские «пузыри», на поверхности которых расположены галактики. И что самое главное и самое интересное: такие галактики разлетаются во все стороны от центров с огромными скоростями, достигающими тысяч километров в секунду.
Такая картина невольно наводит на мысль, что в истории эволюции Вселенной был период каких-то грандиозных катаклизмов, гигантских взрывов, разметавших во всех направлениях часть вещества «космических струн», вследствие чего формирование галактик происходило не только вдоль нитевидных сгущений, но и на внешних окраинах.
Источник информации книга В.Н.Комарова «Тайны пространства и времени».
«Космические струны», возможно, остановили вселенную от самоуничтожения
Имитированное изображение космических струн / Крис Рингеваль
Теория Большого взрыва объясняет, как возникла Вселенная – но, по иронии судьбы, если следовать букве, она также предполагает, что мы не должны существовать сегодня. Это потому, что должно было быть создано равное количество материи и антиматерии, которые просто уничтожили бы друг друга. Но теперь физики предложили новую теорию, которая объясняет эту тайну – и наметили, как мы можем найти прямые доказательства этого.
Но мы должны быть благодарны за эту редкость. Частицы антивещества обладают противоположным электрическим зарядом по отношению к материи, и если когда-нибудь эти частицы встретятся, они уничтожат друг друга в взрыве энергии. Это может быть удобно для будущих космических путешествий, но это также предполагает, что такое путешествие было бы довольно скучным, поскольку все во Вселенной полностью уничтожило бы себя с течением времени.
Наше собственное существование подсказывает, что каким-то образом в какой-то момент времени некоторая антиматерия должна была превратиться в обычную материю. Даже если дисбаланс столь же мал, как одна часть из миллиарда, это может оставить достаточно материи после всех аннигиляций, чтобы сделать звезды, галактики, планеты, и людей, которые мы видим сегодня.
Согласно некоторым теориям, эти космические струны пронизывают Вселенную, подобно тому, как трещины могут образовываться во льду, когда вода замерзает. Они могли бы дать нейтрино толчок, необходимый для изменения электрических зарядов, но до сих пор не было найдено никаких прямых доказательств существования этих струн.
Это может быть потому, что они прячутся дальше во времени, чем мы можем видеть. Считается, что космические струны образовались бы относительно быстро после фазового перехода, и все это произошло бы в течение первых миллионов лет или около того существования Вселенной.
Хронология событий от Большого Взрыва, через фазовый переход, до создания космических струн, рождения космического микроволнового фона и, наконец, до наших дней R. Hurt/Caltech-JPL, NASA, ESA, Kavli IPMU
По мнению исследователей, участвовавших в новом исследовании, эти космические струны, возможно, также оставили гравитационные отпечатки в пространстве-времени, которые мы могли бы обнаружить. Конечно, они были бы намного меньше тех, которые мы сейчас находим с помощью LIGO и других инструментов, но они также выглядели бы совсем по-другому, что позволило бы ученым отличать их друг от друга.
Исследователи говорят, что будущие космические детекторы гравитационных волн, такие как LISA, BBO или DECIGO, могут помочь нам выследить эти космические струны и решить эту загадку раз и навсегда.
Космические струны, кротовые норы и черные дыры: что ученые знают о путешествиях во времени и телепортации
Forbes публикует фрагмент книги «На что похоже будущее», которую в конце ноября выпустит на русском языке издательство «Альпина нон-фикшн». В книге коллектив авторов под руководством британского физика-теоретика Джима Аль-Халили пытается ответить на вопрос, что ждет человечество в будущем. Как изменится климат, каким будет транспорт и что получится, если искусственный интеллект возьмет над нами верх? Станут ли люди счастливее с помощью таблеток и здоровее благодаря лечению с учетом индивидуальной ДНК? Каких чудес техники нам ждать? Каких революций в быту? Forbes публикует последнюю главу книги, посвященную далекому будущему. В ней Аль-Халили пытается дать ответ на вопрос, возможны ли путешествия во времени и телепортация.
Телепортация
Насколько нам известно, самое первое упоминание устройства для телепортации содержится в книге Эдварда Пейджа Митчелла «Человек без тела», написанной в 1877 году: в ней рассказывается об ученом, который изобретает машину, способную разложить тело живого человека на атомы, а затем отправить их, подобно электрическому току, по проводам к некоему принимающему устройству, обеспечивающему воссоединение. Самое удивительное в том, что книга появилась не только до открытия электрона, но даже до внятного объяснения природы самих атомов.
Перенесемся на полстолетия вперед, в 1929 год, когда Артур Конан Дойль опубликовал рассказ под названием «Дезинтеграционная машина» об устройстве, способном разделять материю на части, а потом воссоздавать ее в прежнем виде. Один из персонажей рассказа задается вопросом: «В состоянии ли вы представить себе процесс, посредством которого вы, органическое существо, постепенно растворяетесь в пространстве, а затем благодаря обратному изменению условий появляетесь вновь?». Два года спустя американский писатель Чарльз Форт впервые ввел неологизм «телепортация » для объяснения случаев загадочного исчезновения людей и объектов и их предполагаемого появления где-то в другом месте. Форт относил такого рода происшествия к числу аномалий наряду с загадочными сверхъестественными и паранормальными явлениями, не находившими объяснения в рамках общепринятой научной картины мира. Благодаря интересу писателя появился целый класс «фортеанских феноменов».
Современное представление об устройстве для телепортации стало достоянием массовой культуры в 1958 году с выходом на экраны научно-фантастического фильма ужасов «Муха» (The Fly), в котором ученый по неосторожности примешивает к своему ДНК гены мухи, залетевшей в кабину для телепортации. Однако самым известным и долго живущим художественным воплощением идеи телепортации для множества людей по всему миру стал «транспортер» на борту звездолета «Энтерпрайз», а фраза, которую произносит один из героев перед телепортацией — «телепортируй меня, Скотти», — стала почти крылатой. Когда образ такого устройства возник в голове создателя сериала «Звездный путь» Джина Родденберрив середине 1960-х годов, им двигало желание сэкономить на спецэффектах: показывать, как персонажи сначала исчезают в специальном отсеке, а потом появляются сразу на поверхности планеты, было куда дешевле и проще, чем изображать спуск с «Энтерпрайз» на каких-нибудь космических челноках.
Это, конечно, все очень любопытно, но что по этому поводу может сказать серьезная наука? Идея переноса материи из одного места в другое без необходимости преодолевать расстояние между двумя точками может показаться чем-то нелепым, но на самом деле в ней нет ничего необычного при условии, конечно, что вы спуститесь на уровень квантовых взаимодействий. В ходе процесса под названием «квантовое туннелирование» такие субатомные частицы, как электроны, «прыгают» из одной точки в другую тогда, когда у них нет достаточного количества энергии.
Для наглядности можно привести пример мяча, который бросают в стену и который исчезает, а потом снова появляется на другой стороне стены без каких-либо последствий для нее. В этом совершенно точно нет ничего фантастического. Более того, сияние нашего Солнца, а значит, и поддержание жизни на Земле возможно только благодаря тому, что атомы водорода способны соединяться друг с другом за счет туннельного эффекта, несмотря на наличие, казалось бы, непреодолимого силового поля между ними.
Но еще более любопытное и парадоксальное предсказание квантовой механики, которое при этом было неоднократно подтверждено в ходе экспериментов, — идея запутанности. В данном случае мы имеем дело с ситуацией, когда две и более отдельные частицы оказываются связаны таким образом, что любое измерение или воздействие, осуществленное в отношении одной из них, приводит к аналогичному эффекту в отношении ее удаленного партнера, что, как кажется, противоречит теории относительности Эйнштейна о непреодолимости скорости света.
В квантовой механике это объясняется тем, что запутанные частицы — часть единой системы, то есть они не ведут себя как независимые объекты.
Давайте рассмотрим следующую аналогию. Представьте, что у вас есть пара перчаток, каждая из которых лежит в своем ящике. Теперь давайте перенесем один ящик в другое место, а второй оставим там, где он был изначально. Если вы откроете тот ящик, который остался у вас, вы найдете в нем левую перчатку. При этом вам станет сразу понятно, что во втором ящике находится перчатка для правой руки. Разумеется, в этом нет ничего загадочного — ведь вы просто констатируете то, что знаете: во втором ящике всегда была правая перчатка. Но в квантовом мире вместо перчаток мы имеем дело с запутанными частицами, каждая из которых способна участвовать одновременно в двух разных вращениях — и по часовой стрелке, и против часовой стрелки. Это явление называют квантовой суперпозицией.
Открывая ящик рядом с вами, вы совершаете действие, которое называют «квантовым измерением»: вы заставляете частицу «решить», в каком из вращений ей теперь участвовать. Мы же никогда не видим частицы вращающимися в обоих направлениях — ведь это же просто нелепо! Разве нет? Квантовая механика говорит нам — и эксперименты подтверждают ее правоту, — что такие квантовые суперпозиции действительно имеют место. Более того, как только вы открываете свой ящик, чтобы проверить перчатку, частица во втором ящике сразу же переходит из суперпозиции, в которой она вращалась в обоих направлениях, к вращению в одном направлении — противоположном направлению вращения первой частицы. Все происходит так, как будто в момент открытия первого ящика в другой мгновенно передается квантовый сигнал, сообщающий второй частице, как ей себя вести.
Переход от идеи суперпозиции и запутанности к понятию квантовой телепортации кажется вполне закономерным. Но может ли такой переход быть реализован на практике? Общий принцип работы квантовой телепортации состоит в следующем: две запутанные частицы помещаются на удалении друг от друга, после чего проводится сканирование подлежащего телепортации объекта таким образом, чтобы можно было перенести только информацию о нем из одной точки в другую посредством запутанной пары.
Она дополняется результатами измерения частицы, которые передаются отдельно через некоторое время. На основе собранной таким образом информации, включающей как сведения, переданные согласно принципам квантовой механики посредством запутанной пары, так и результаты сканирования, переданные отдельно на скорости света, затем на другом конце из соответствующего сырья воссоздается исходный объект.
Необходимо отметить, что суть телепортации не сводится к простому созданию копии исходной частицы. Во всяком случае, на квантовом уровне передача всей информации о частице означает передачу самой частицы: переносить исходную частицу на физическом уровне просто не нужно.
При этом важно понимать, что телепортация объекта предполагает, что он уничтожается в точке А и затем воссоздается в точке Б. Вместе с тем недавние предварительные исследования, проводимые в рамках изучения телепортации частиц, показывают возможность квантовой телепортации самого объекта.
Только нужно помнить, что от технологии, используемой персонажами «Звездного пути», нас, вероятно, отделяют столетия.
Путешествие во времени
Если научной базой идеи телепортации служит квантовая механика, то есть теория строения вещества на очень малых расстояниях, источником наших представлений о путешествиях во времени является теория, описывающая Вселенную на очень больших расстояниях, — общая теория относительности Эйнштейна (ОТО).
В настоящее время данная теория — наиболее точное описание природы пространства и времени, и тот факт, что она не исключает полностью возможность перемещения во времени, дает нам повод серьезно взяться за изучение этой темы. Согласно постулатам ОТО, под воздействием материи происходит искривление пространства и времени.
Более того, математический аппарат ОТО допускает возможность существования пространственно-временных областей весьма причудливой формы, таких, например, как черные дыры или кротовые норы. Теснее всего с нашей темой связана идея замкнутой времениподобной кривой. Она представляет собой замкнутую мировую линию, проходящую через искривленное пространство-время так, что время с неизбежностью возвращается к одним и тем же значениям. Если бы вам довелось проследовать вдоль этой линии, вам бы казалось, что время идет вперед, как обычно. Однако в конце пути вы бы оказались в точке отправления, в момент непосредственно перед отправлением. Таким образом, по сути, вы бы переместились назад во времени. Как раз такие петли и служат обоснованием большинства теоретических рассуждений на тему путешествия во времени.
В 1949 году американский математик австрийского происхождения Курт Гёдель, как и Эйнштейн, работавший в Институте перспективных исследований в Принстоне, выступил с другим гипотетическим сценарием, также не противоречащим ОТО, но при этом приводящим к появлению петель времени. Однако, как тогда, так и сейчас, большинство физиков считают, что логические парадоксы путешествия во времени, служат достаточным основанием для того, чтобы исключить его возможность, а теоретические лазейки в физических законах, допускающие путешествие во времени, в итоге будут устранены, когда мы поймем эти законы лучше. Возможно, это произойдет с появлением единой теории квантовой гравитации, которая объединит две важнейшие теории в физике: квантовую механику и ОТО. Пока что у нас нет такой «теории всего», но мы продолжаем работу над ее созданием.
К 1960–1970-х годах несколько физиков-теоретиков, занимавшихся поиском решений уравнений ОТО, обнаружили целый ряд моделей, допускавших существование петлей времени. Во всех из них фигурировали вращающиеся тела, заставлявшие деформироваться окружающее пространство-время. Наибольшую известность получила идея, предложенная Франком Типлером, который в 1974 году опубликовал статью, посвященную развитию теории вращающегося цилиндра ван Стокума. Он показал, что цилиндр должен быть 100 км в длину и 10 км в диаметре и изготовлен из какого-то очень необычного, исключительно плотного материала. Кроме того, он должен обладать фантастическими показателями прочности и жесткости, чтобы собственная гравитация вдоль оси его не сплющила, а также компенсировать громадную центробежную силу, разрывающую его при вращении внешней поверхности с линейными скоростями, близкими к половине скорости света. Несмотря на все это, Типлер вполне справедливо отметил, что все эти трудности не носят принципиального характера и могут быть преодолены при достаточном уровне развития технологий.
Осталось решить, как превратить цилиндр Типлера в машину времени. Идея в том, что если вы приблизитесь к вращающемуся цилиндру и несколько раз облетите вокруг него, то по возвращении на Землю вы, видимо, окажетесь в прошлом. Насколько далеко в прошлое вы вернетесь? Это будет зависеть от количества оборотов. Таким образом, даже если при облете цилиндра вам будет казаться, что время, как всегда, идет вперед, за пределами деформированного участка пространства-времени, в котором вы будете находиться, время обратится вспять. Например, нечто похожее случилось бы с вами, если бы вы решили подняться по спиральной лестнице, но с каждым новым пролетом вы оказывались бы на один этаж ниже.
Подозреваю, вы не верите в возможность манипулирования материей в таких масштабах с целью создания столь громадного объекта. Однако не исключено, что нерукотворные цилиндры Типлера уже существуют в пространстве. Вопрос их существования — предмет горячих споров.
Их называют «космическими струнами». По мнению некоторых исследователей космоса, они состоят из материала, оставшегося от Большого взрыва. Они могут либо существовать в форме замкнутых петель, либо тянуться вдоль всей Вселенной. Толщиной они менее атома, но при этом плотность их такова, что даже при толщине в один миллиметр они бы весили миллион миллиардов тонн.
Как бы там ни было, когда речь заходит о путешествиях во времени, самым правдоподобным — по крайней мере, наименее нелепым — способом перемещения в прошлое кажется так называемая кротовая нора. Кротовые норы — это своеобразные структуры пространства-времени, существование которых допускают уравнения ОТО, теоретически их описывающие. Кротовые норы представляют собой своего рода перемычку, соединяющую две точки пространства-времени. Они похожи на туннель, связывающий две различных области нашей Вселенной, проходя через какое-то иное измерение. А поскольку пространство и время тесно связаны друг с другом, в принципе два конца «кротовой норы» могут вести в разные промежутки времени, а значит, один из них будет находиться в прошлом относительно второго.
Так стоит ли нам доверять этим идеям? Сможем ли мы когда-нибудь создать кротовые норы? Могут ли они служить в качестве машин времени? Могут ли в нашей Вселенной формироваться замкнутые временные петли, и сможем ли мы использовать их, чтобы отправиться в прошлое?
Правда в том, что мы пока не можем дать однозначный ответ ни на один из этих вопросов. Но, чтобы не заканчивать на столь пессимистичной ноте, предлагаю вспомнить слова Франка Типлера, физика, который опубликовал первую серьезную работу на тему создания машины времени и который сам процитировал астронома Саймона Ньюкома, прославившегося на рубеже столетий благодаря ряду статей с доказательствами невозможности существования летающих машин тяжелее воздуха: «Доказательства того, что среди всех возможных комбинаций известных нам веществ, видов техники и сил нет такой, которая бы позволила создать пригодную для практического использования машину, с помощью которой люди могли бы [отправиться назад в прошлое], кажутся автору настолько полными и убедительными, насколько это только возможно для любого физического явления».
Как мы знаем, вскоре братья Райт доказали, что Ньюком был неправ в своих суждениях относительно летающих машин тяжелее воздуха. Кто знает, может быть, придет день, когда то же самое произойдет и с путешествиями во времени. Наверное, я бы не решился биться об заклад, что машина времени вообще когда-нибудь будет построена, но при этом я стараюсь придерживаться следующего подхода: раз современные научные теории не исключают такую возможность полностью, у нас достаточно причин, включая простое любопытство, поразмышлять над тем, что она может из себя представлять.
Я бы хотел закончить эту главу занимательной идеей, над которой сейчас всерьез размышляют некоторые физики-теоретики. Не исключено, что телепортация и перемещение во времени тесно связаны друг с другом. Согласно новой идее, получившей среди физиков обозначение «ER=EPR», между квантовой запутанностью (теоретическая основа телепортации) и кротовыми норами (теоретическая база путешествий во времени) имеется глубинная связь. Может оказаться, что в двух статьях, опубликованных Эйнштейноми его соавторами в 1935 году, которые до сих пор считались абсолютно не связанными, описывается один и тот же концепт. В так называемой статье EPR (название образовано из инициалов трех ее авторов —Эйнштейна, Подольски и Розена) впервые квантовая запутанность описывается как мгновенная взаимосвязь двух удаленных частиц. Сам Эйнштейн считал, что это невозможно, тем самым намекая на отсутствие у нас полного понимания квантовой теории. Вторая статья ER (за сочетанием букв скрываются все те же — Эйнштейн и Розен) стала первой работой, в которой излагалась идея кротовой норы, получившей тогда название «мост Эйнштейна — Розена».
И вот теперь, более 80 лет спустя после публикации двух статей, пришло время задаться смелым вопросом: а что, если пары запутанных частиц на самом деле способны взаимодействовать друг с другом благодаря тому, что они связаны кротовой норой? Чем больше я читаю и думаю об этой безумной идее, тем больше она мне нравится. В ней столько изящества! Получается, что кротовые норы, если, конечно, допустить возможность их существования в физическом мире, могли бы выступать в качестве и машин для телепортации, и машин времени. Разве можно придумать что-нибудь более грандиозное?
Пока же, конечно, предмету данной главы самое место в мире научной фантастики — ну и разумеется, в математических уравнениях смельчаков из стана физиков-теоретиков.
Каким бы ни был результат, я абсолютно убежден, что в ближайшие десятилетия — и столетия — наука преподнесет нам немало сюрпризов. Так давайте же мудро использовать новые знания.
Темная Вселенная. Часть 2
И вновь доброго времени суток! Данная статья является продолжением ранее опубликованной статьи о нашей «темной» Вселенной. В данной части мы продолжим рассмотрение различных интересных особенностей в космологии, над объяснением которых бьются множество ученых.
В целом я постарался сделать так, чтобы части получились независимые друг от друга, так что если вы не читали первую часть, то каких-то проблем с пониманием не должно возникнуть.
Отрицательная масса
требуется модификация теории, чтобы «пустое пространство» принимало роль отрицательных масс, которые распределены по всему межзвездному пространству
На данный момент науке не известны частицы, которые бы обладали отрицательной массой. Но из теоретических исследований, проведенных учеными, вполне можно узнать о некоторых из ожидаемых свойств таких частиц. Например, что тело отрицательной массы будет иметь отрицательную инерцию. То есть тело под действием внешней силы будет ускоряться противоположно действию силы. Гравитационное взаимодействие частиц с противоположными массами в целом будет таким:
Такая пара объектов будет ускоряться без ограничений (кроме релятивистского), хотя полная масса, импульс и энергия системы останутся равными нулю. Такое поведение совершенно не сочетается с нашим представлением об «обычной вселенной», и с известным взаимодействием положительных масс, но учеными было показано, что само по себе оно полностью математически состоятельно и непротиворечиво.
Помимо скептического отношения ввиду крайней необычности эффекта, более существенен тот факт, что если рассматривать нашу Вселенную как риманово многообразие с единственной метрикой, то такой эффект в ней становится невозможным. Но математики вполне допускают, что метрика может быть и не одна, и на данный момент уже предложены биметрические теории Вселенной, в которых введена дополнительная метрика, и в которых частицы с разнознаковыми массами отталкиваются. Это разрешает парадокс убегания, и делает существование отрицательной массы вполне законным.
Подытоживая, с точки зрения современной науки существование отрицательной массы представляется теоретически возможным, но экспериментальные подтверждения о её существовании на данный момент отсутствуют. Исследования в этом направлении ведутся — в 2017 году был пост на Хабре с новостью, что ученые якобы создали вещество со свойствами отрицательной массы, однако позднее эта новость была опровергнута.
Дипольный отталкиватель
Но вернемся к общему вектору повествования, в прошлой части статьи мы остановились на таком понятии, как дипольный отталкиватель.
В 1970-х годах при изучении реликтового излучения, были получены данные, которые свидетельствовали о том, что наша галактика и её соседи, составляющие так называемое «местное сверхскопление галактик» (оно же сверхскопление Девы), движутся со скоростью около 600 км/с в направлении созвездия Гидра. Учеными была высказана гипотеза, о существовании огромного скопления материи, находящегося на расстоянии около 60 Мпк, и ответственного за данное гравитационное воздействие. Данное гипотетическое скопление материи получило название «Великий аттрактор».
В то же время непосредственное изучение области, в которой предполагалось нахождение Великого аттрактора, затруднено тем, что она находится в так называемой «зоне избегания» — закрытой от наблюдения плоскостью Млечного пути с большим количеством звёзд и межзвёздной пыли — и из-за этого недоступной для прямых наблюдений. Однако при радионаблюдениях рентгеновских источников скопление вещества прослеживалось отчетливо.
Лишь к концу 1990-х годов ученые смогли обнаружить около 600 галактик в этом направлении. Согласно исследованию центр Великого Аттрактора находится в созвездии Наугольника. Он имеет массу порядка 10 15 Mʘ, или около 10000 масс нашей Галактики.
В прилегающих к аттрактору областях обнаруживается массовое крупномасштабное движение галактик в его сторону. Хотя по сравнению с крупномасштабной структурой Вселенной — это все местные, локальные явления, и их существование не противоречит справедливости космологического принципа в больших масштабах.
На тот момент ученые решили, что проблема решена, но в 2005 году при подсчете масс было установлено, что Великий аттрактор имеет только 1/10 массы из изначально предполагавшейся, чего недостаточно для объяснения столь мощной гравитационной силы, действующей на наше сверхскопление.
Позднее ученые установили, что наше сверхскопление притягивается также сверхскоплением Персея-Рыб, и куда более массивным, по сравнению с уже озвученными, сверхскоплением Шепли. Но и их суммарного гравитационного воздействия оказалось недостаточно, чтобы полностью объяснить движение Млечного пути.
И в 2017 году ученые выдвинули гипотезу о так называемом «дипольном отталкивателе». Его расположение предполагается в соседнем войде (область с относительно небольшой звездной и галактической плотностью), который буквально отталкивает наше сверхскопление в сторону сверхскопления Шепли.
В силу только недавнего открытия, какие-либо достоверные сведения о природе дипольного отталкивателя пока отсутствуют, как вообщем-то и экспериментальные подтверждения его существования, например через воздействие на отдельные близлежащие галактики. Хотя, как я уже указывал в прошлой части статьи, и темная энергия, и темная жидкость обладают эффектом отталкивания, возможно где-то там и кроется разгадка данного феномена.
Тёмный поток
Помимо движения нашего сверхскопления к области Великого аттрактора зафиксировано свидетельство куда более глобального течения локальной Вселенной. Оно было открыто при анализе характера перемещений порядка 1400 скоплений. При этом это только часть потока, растянувшегося на 3 млрд. световых лет. Данное течение получило название «тёмный поток».
Существование столь глобального движения не согласуется с космологическим принципом, согласно которому движение групп галактик на больших масштабах должно быть беспорядочным и хаотичным.
На данный момент ученые не могут заглянуть далее, чем примерно 380 000 лет после Большого взрыва, когда Вселенная стала прозрачной. Это соответствует расстоянию около 46 млрд. световых лет. Однако исследования показали, что сила, вызывающая движение в этом направлении, находится за пределами этого диапазона, и, возможно, и за пределами нашей Вселенной.
По мнению ученых, возможная причина возникновения тёмного потока — воздействие массы, в настоящее время находящейся вне пределов видимой части Вселенной. Однако это объяснение спотыкается об уже указанный космологический принцип, согласно которому Вселенная также должна быть однородной и изотропной на больших масштабах. Да и теория Большого взрыва не допускает образования таких больших масс за такой малый срок.
Кроме этого существуют и более экзотические объяснения, например, что поток инициируется наличием параллельной вселенной, с которой на момент Большого Взрыва наша была сцеплена на квантовом уровне. Но пока эти объяснения и даже само существование «темного потока» единогласного признания не получили, и они, на настоящий момент, являются больше предметом для научных дискуссий.
Великие стены
Как уже говорилось, согласно космологическому принципу, на очень большом масштабе наблюдений Вселенная должна быть однородной и изотропной, то есть различия в массе и структуре материи между различными областями Вселенной должны быть очень незначительными. Главным доказательством этого являются наблюдения за реликтовым излучением, которое в целом однородно и статистические флуктуации в нем минимальны.
По современным представлениям, масштаб, на котором должна проявляться однородность, составляет 250—300 млн. световых лет. И никакие неоднородные структуры бо́льших размеров существовать как бы не должны. Эта гипотеза известна как «конец величия».
В начале XX века было известно, что звёзды группируются в звёздные скопления, которые, в свою очередь, образуют галактики. Позже были найдены скопления галактик и сверхскопления галактик. Однако размер сверхскоплений очень сильно отличается.
В 2003 году учеными была открыта Великая стена Слоуна, которая имеет размер 1,37 млрд. световых лет, что в 4,5 раза больше предсказанного масштаба однородности Вселенной. Следом была обнаружена Громадная группа квазаров с размером 4 млрд. световых лет, что в 13,5 раза больше. А в 2013 году была обнаружена стена Геркулес-Северная Корона — неоднородная структура размером более чем в 30 раз больше предсказанного масштаба. Существование столь масштабных структур ставит под сомнение сам космологический принцип.
Стена Геркулес-Северная Корона располагается на расстоянии около 10 млрд. световых лет от нас. Что означает, что мы наблюдаем её такой, какой она была 10 млрд. лет назад, или спустя всего 3,79 млрд. лет после Большого Взрыва. Как уже говорилось на данный момент не существует общепринятых гипотез, каким образом такая большая структура могла сформироваться за такой относительно короткий срок.
Относительно небольшие сверхскопления ученые пытаются объяснить воздействием темной материи, которая притягивает барионную, которую мы в дальнейшем и наблюдаем в форме сверхскоплений или галактических нитей. Но по поводу громадной группы квазаров или стены Геркулес-Северная Корона, ученые лишь разводят руками и предполагают, что, возможно, это не реальные структуры, а только «кажущиеся», из-за ограниченности используемых технологий.
Хотя некоторые ученые всерьез рассматривают предположение, что возраст нашей Вселенной, возможно, гораздо больше принятых сейчас 13,79 млрд. лет. В таком случае появляется возможность не только объяснить образование таких больших стен, но и сделать более состоятельной гипотезу о природе темной материи, предполагающую, что она обусловлена большим количеством чёрных карликов, которые образуются из белых карликов при их остывании, длящемся десятки млрд. лет.
Ось зла
Еще одно довольно спорное явление, когда разные группы ученых, анализируя одни и те же данные, приходят к противоположным выводам. Данное явление напрямую касается реликтового излучения.
Реликтовое излучение — это тепловое излучение, которое, согласно теории Большого взрыва, зародилось в ту эпоху, когда наша Вселенная представляла собой лишь сгусток плазмы. Последняя, будучи сильно разогретой, излучала большое число энергетических фотонов, которые должны были равномерно испускаться во всех направлениях.
За счет этого микроволновое излучение, наполняющее Вселенную, обладает высокой степенью изотропности (равномерности) с точностью до 0,01%. Области с отклонением температуры от среднего значения называются областями флуктуаций. 
Изучая реликтовое излучение, в начале 2000-х годов, ученые обратили внимание на некоторую аномалию в распределении микроволнового излучения во Вселенной. Оказалось, что его флуктуации располагаются во Вселенной не хаотично, как утверждает теория Большого взрыва, а вдоль некой протяженной области, масштабы которой значительны по сравнению со Вселенной. Дальнейшее развитие этой гипотезы привело ученых к тому, что, вероятно, вся структура Вселенной выстраивается вокруг этой самой линии, которая получила название «ось зла».
Подобное название было дано не случайно, дело в том, что её наличие противоречит и теории Большого взрыва, и принципу Коперника, согласно которому ни Земля, ни Солнце, ни какой либо другой объект не занимают какое-то особенное положение во Вселенной.
Примером этой аномалии является «реликтовое холодное пятно» в созвездии Эридан — область пространства, микроволновое излучение которой значительно ниже, нежели предсказывают ученые, опираясь на свойства реликтового излучения.
Если существование оси зла подтвердится, вполне вероятно, что это повлечет за собой пересмотр большинства известных теорий, потому что существование подобных осей на сегодняшний день они не допускают в принципе.
Космические струны
Если до этого мы, в основном, останавливались на случаях, которые не согласуются или плохо согласуются с существующими теориями, то с космическими струнами все наоборот — и квантовая теория поля, и теория струн предсказывают их наличие. 
Космическая струна — это одномерная складка пространства времени, топологический дефект, когда две соседние структуры или пространства каким-то образом «не совпадают» друг с другом, что делает плавный переход между ними невозможным. Другими словами, круг вокруг внешней части струны будет составлять общий угол менее 360°.
Диаметр космических струн значительно меньше размеров атомных ядер (порядка 10 −29 сантиметра), длина — как минимум десятки парсеков, а удельная масса — порядка 10 22 гр/см, то есть всего лишь тысяча километров струны имеет массу Земли, что говорит об их крайне высокой плотности.
Из теории космических струн следует, что они возникли вскоре после Большого взрыва и были либо замкнутыми, либо бесконечными. Они могут изгибаться, перехлёстываться и рваться. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и их отдельные фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света.
ОТО предсказывает, что прямая космическая струна не имеет гравитационного воздействия. Единственный гравитационный эффект прямой космической струны — это относительное отклонение вещества (или света), проходящего струну с противоположных сторон. При этом замкнутая космическая струна имеет обычное гравитационное воздействие.
Во время расширения Вселенной космические струны образовывали сеть петель, и ранее считалось, что их гравитация могла быть причиной первоначального скопления вещества в галактические сверхскопления. Но в настоящее время подсчитано, что их вклад в формирование структуры во вселенной составляет менее 10%, что исключает их заметное влияние в формировании крупномасштабной структуры Вселенной.
Увидеть космическую струну невозможно, но она, как и любой очень массивный объект, создаёт «гравитационную линзу»: свет от источников, находящихся за ней, должен её огибать. И хотя в учёном мире периодически появляются публикации с косвенными доказательствами экспериментального подтверждения их существования, на данный момент ни одно из них не было подтверждено.
Экспериментальное обнаружение космических струн будет иметь важные последствия, в том числе и для теории струн — на данный момент уже предложен широкий спектр моделей космических струн построенных на ее базе, а с открытием космических струн появится возможность продвинуться в сторону и их первого экспериментального подтверждения.
От автора
Изначально я хотел показать связи между известными теориями физики и космологией, и как они увеличили наши познания о Вселенной. Но в настоящий момент, как можно видеть, в науке сформировалась ситуация, когда вопросов на повестке висит гораздо больше, чем есть на них ответов. Многие связи в большей степени умозрительны, и, часто, не подтверждаются наблюдениями, а наблюдения часто противоречат теориям.
Новые теории часто добавляют гораздо больше вопросов, чем закрывают белых пятен — на данный момент предложены десятки теорий гравитации, квантовой гравитации, теорий всего — кто-то скажет, что это бессильные попытки объяснить без реального результата, кто-то скажет, что это и есть развитие, и создание новых теорий есть подтверждение того факта, что наука не стоит на месте.
Однозначно можно сказать, что с течением времени многие наши представления наверняка поменяются — какие-то проблемы разрешатся, и им на смену придут новые, но знание и понимание нашей Вселенной постепенно будет только увеличиваться. Всем спасибо, надеюсь данная статья была вам интересной.