Я часто задавался вопросом "Сколько весит Вселенная?" и у меня был простой ответ: она весит всё. Но оказалось, что такой ответ не устраивает учёных - они изучают космос в поисках количественного ответа. Однако результаты, получаемые ими, зависят от того, как они измеряют её, и это вызывает массу вопросов, которые могут подвергнуть сомнению стандартную модель космологии. И задавать вопрос, сколько весит Вселенная, на самом деле, не имеет смысла. Ведь вес вычисляется путем умножения массы объекта на ускорение, вызванное гравитацией — так как же можно "взвесить" объект, который плавает в пространстве?
Правильней было бы спросить, какова общая масса и энергия Вселенной, но это просто непостижимо огромное число. Вот как оно выглядит. Итак, чтобы немного упростить представление о массе Вселенной, давайте разберем её и попытаемся выяснить плотность материи во Вселенной, то есть, сколько вещества содержится в объеме пространства в среднем. Измерение, а также степень скопления вещества во Вселенной, называется сигма-восемь. Но есть проблема: два разных подхода к измерению сигмы-восемь показали два различных числа.
Один из методов использует слабое гравитационное линзирование. Возможно, вы знакомы с концепцией гравитационного линзирования, которое обычно возникает в случаях с черными дырами. Это происходит, когда гравитационное притяжение массивных объектов искривляет пространство и траекторию света, искажая изображение. В случае черных дыр это искажение может быть особо заметным. Но материя и энергия по всей Вселенной, тоже искривляют свет, только почти незаметно. Таким образом, чтобы обнаружить эффект слабого линзирования, астрономы наблюдали миллионы галактик примерно на 350 квадратных градусах неба. Дело в том, что все эти галактики должны быть хаотично расположены по отношению к нам, поэтому, если ничто не искажает их изображение, их форма должна быть почти круглой. Но благодаря тому, что материя и энергия искривляют путь света в пространстве между галактиками и нами, их формы оказываются лишь слегка эллиптическими. Принимая это во внимание, а также расстояния до галактик, астрономы смогли получить цифру для сигмы-восемь. Согласно расчетам это около 0,74.
Но другая группа астрономов использовала иной подход, основанный на реликтовом излучении, самом первым излучении с зарождения Вселенной, что мы можем зафиксировать. Используя данные со спутника Планк, ученые нанесли на карту температуру и поляризацию реликтового излучения, а затем перевели часы вперед до сегодняшнего дня, принимая во внимание то, из чего, по нашему мнению, состоит Вселенная. Это соотношение обычной материи к темным энергии и материи во Вселенной является так называемой стандартной моделью космологии. Основываясь на этих данных и предположениях, значение сигмы-восемь по расчётам учёных оказалось чуть выше - 0,81.
Это различие было названо напряженностью сигмы-восемь, и для некоторых эта проблема может показаться смутно знакомой. Аналогичное напряжение возникло и вокруг постоянной Хаббла, или скорости, с которой расширяется Вселенная. Расчеты постоянной Хаббла с использованием разных методов, включая гравитационное линзирование и карту реликтового излучения, дали различные результаты, которые являются статистически значимыми. Существует вероятность 1 из 3,5 миллионов, что расхождение между расчетами с использованием реликтового излучения и гравитационного линзирования является случайностью, но это так называемое напряжение Хаббла до сих пор беспокоит астрономов и космологов.
Окажется ли напряженность сигма-восемь проблемой того же масштаба, еще предстоит выяснить. Есть шанс 1 из 100, что несовпадение результатов вызвано статистической ошибкой. Вероятно, один или оба метода нахождения сигмы-восемь имели ошибки, что объяснило бы разницу. Возможно, дело в том, как астрономы измерили расстояние до миллионов искривленных галактик, которое, как они признают, было скорее удобным, чем точным. Или, может быть, наша концепция строения Вселенной неверна. Эти результаты, наряду с обсуждением постоянной Хаббла, могут привести нас к пересмотру стандартной модели космологии.
А пока, если кто-то спросит вас, сколько весит Вселенная, просто скажите: "Всё". Независимо от того, каково значение для сигмы-восемь, Вселенная, в общем, не очень то и плотная. По оценкам, в среднем кубический метр Вселенной содержит массу, эквивалентную примерно 6 протонам.