Термин «ось зла» проник в физику из американской истории. Он относится к одной из загадок самой амбициозной карты мира: карты космического микроволнового фона. Карта WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) представляет собой красивую круглую карту, окрашенную преимущественно — как и Земля — в синие и зелёные тона. Эти цвета сочетаются с небольшими вкраплениями тёплых оттенков, разбросанными по всей карте. Пятнистые оттенки, кажется, не имеют определенного узора. Они представляют собой излучение, заполнившее Вселенную всего 380 000 лет после Большого взрыва, когда температура составляла 3000 градусов Кельвина. Это изображение — реликвия.
Каждая следующая попытка составить карту космического микроволнового фона (КМБ) дала нам более высокое разрешение, иногда подтверждая наши ожидания, а иногда представляя нам сохраняющиеся загадки, которые продолжают возникать, несмотря на увеличение детализации наших карт. Возможно, самой известной и спорной загадкой является холодное пятно. Исследователи считали, что загадка будет решена с помощью данных высокого разрешения, собранных спутником Планк, но аномалия осталась. Исследования последних лет показали, что холодное пятно не только осталось, но и стало ещё более загадочным.
Согласно физикам, участвующим в исследовании, возможно, наша самая смелая теория решит очевидную загадку холодного пятна.
Пятно, о котором идёт речь, находится в нижнем углу, справа от оси зла. Эта ось — линия, которая пересекает карту и делит её на две части с очень разными температурами. На самом деле, КМБ холоднее над нашей солнечной системой и теплее под ней. Температуры на КМБ варьируются на крошечные величины, но эти вариации должны быть случайными. Вместо этого ось показывает, что они образуют узор, где стороны КМБ имеют различную температуру — одна холоднее, другая теплее. Это не тот узор, который должен существовать согласно стандартной модели Вселенной. Ученые считают, что ось является результатом того, как мы включаем инфляцию в нашу модель Вселенной. Инфляция должна была происходить равномерно во всех направлениях, но могла иметь предпочтение в одну сторону, расширяясь больше в этом направлении, чем в другом.
Таким образом, холодное пятно лежит как большой остров или мираж в горячем полушарии КМБ. Оно охватывает 30 градусов и в четыре раза холоднее, чем ожидалось. Это переводится в снижение температуры на 0.00007 К — величину, которую мы сочли бы незначительной, но вероятность того, что это случайная особенность нашей Вселенной, составляет всего 1 к 50.
Мы думали, что загадка была решена в 2015 году убедительной идеей. Сверхпустота могла существовать в направлении созвездия Эридан. Сверхпустоты вызывают снижение температуры, потому что фотоны КМБ, попадая в пустоту, теряют энергию. Эта энергия восстанавливается при выходе из пустоты, но из-за расширения Вселенной фотоны должны проходить большее расстояние и в итоге покидают пустоту с меньшей энергией, делая эту область на карте холоднее. Это эффект Сакса-Вольфа.
Шесть лет назад была обнаружена такая сверхпустота.
Эта пустота Эридана представляла собой преимущественно пустое пространство, содержащее редкие галактики и мало материи вообще. Диаметром в 1,8 миллиарда световых лет, этот гигант был бы самой большой обнаруженной пустотой на сегодняшний день. Но более недавнее исследование холодного пятна показало, что не существует одной массивной пустоты в космосе. Их было три — меньшие, ближе и немного старше, чем оригинальная сверхпустота 2015 года. Вместе они могли снизить температуру на 9 микрокельвин, но не на 70 микрокельвин, необходимых для объяснения холодного пятна.
Все три мини-пустоты не могли объяснить то, что мы видели.
Для сравнения, новое исследование 7000 галактик включало контрольную группу в виде отдельного участка неба с такой же плотностью пустот, как и у холодного пятна. Но там не было холодного пятна. Почему же такое же количество пустот создаёт явную аномалию в одной части карты, но не в другой? Это было достаточно, чтобы убедить многих исследователей в том, что холодное пятно по-прежнему особенное. Его нельзя так просто объяснить, оно остаётся и становится всё более очевидным с каждой попыткой картирования этого реликтового излучения.
В то время как некоторые исследователи продолжали поддерживать идею пустот, физик Том Шенкс обобщил растущую неопределённость простой фразой: «Парадокс в том, что самая сумасшедшая из экзотических моделей для объяснения холодного пятна на самом деле самая стандартная с точки зрения инфляционной модели».
Эта экзотическая идея — теория параллельных вселенных.
Если где-то существует вселенная, очень похожая на нашу — плавающая в пространстве-времени, впечатляющий шар с галактиками на своей поверхности и странными новыми планетами, впитывающими свет своих звёзд, — она могла бы столкнуться с нашей вселенной и оставить след. Просто касание между двумя мирами. Столкновение оставило бы поляризационный сигнал. Или, как мы называем это, «холодное пятно». Этот поляризационный сигнал, если он существует, станет более очевидным по мере того, как мы будем продолжать анализировать данные с таких космических аппаратов, как Планк ESA.
Теория параллельных вселенных продолжает возникать и отвергаться снова и снова в физике. Это, безусловно, дикая и фантастическая идея. Тем не менее, она подразумевается квантовой механикой, инфляцией и теорией струн. Это математическая возможность, которая пытается найти свое место в физической реальности, и все же мы не уверены, может ли это случиться. Сейчас или когда-либо.
Но даже если этот другой мир действительно существует и мы столкнулись с ним, каковы шансы, что мы находимся в идеальном месте, чтобы увидеть этот космический след на наших картах? Более скромное решение холодного пятна заключается в том, что наша вселенная просто несовершенна. Как и наши собственные тела, возможно, КМБ имеет дефект, который возник из-за огненного, меняющегося прошлого ранней вселенной. Во время фазового перехода он мог вызвать дефект, который мы видим сейчас как тревожное синее холодное пятно на КМБ. Однако инфляция должна была сгладить это.
Что бы ни вызывало холодное пятно, похоже, оно говорит нам, что мы что-то упускаем. Лучшая стандартная модель, лучшее включение инфляции, более открытый ум к возможности параллельных миров. Это тревожный синяк не только на наших картах, но и на наших научных теориях. Однажды мы надеемся понять, как он появился. Ли это царапина из раннего детства вселенной или столкновение с другой плавающей вселенной?
