По мере того, как наши наблюдения космоса становятся все более и более четкими, астрономы начинают выделять структуры все бо́льших и бо́льших размеров. К ним относятся:

• гигантская дыра в космической паутине галактик;

• громадная группа квазаров размером в миллиарды световых лет;

• кольцо взрывов, охватывающее значительную часть видимой Вселенной.

Поскольку эти мегаструктуры нарушают устоявшийся порядок вещей в космологии, один исследователь предположил, что это всего лишь иллюзии, спроецированные из другого измерения: первое соблазнительное доказательство иной реальности, существующей за пределами нашей собственной.

С тех пор как Коперник предположил, что место Земли среди звезд не отличается ничем особенным, астрономы взяли на вооружение эту идею. Эта идея выросла до космологического принципа: ни одно место во Вселенной не является уникальным. Конечно, есть признаки индивидуальности на уровне галактик, скоплений и даже сверхскоплений галактик; но стоит взглянуть еще дальше, и перед нами предстанет Вселенная в своем сером однообразии.

Космологический принцип – это всего лишь предположение, но в целом он, кажется, соблюдается. Последние данные показывают, что космологический принцип применим на масштабах примерно миллиарда световых лет, при этом среднее количество вещества в любом данном объеме более или менее одинаково – но не везде. Возьмем эту гигантскую дыру во Вселенной: пустота размером почти 2 миллиарда световых лет. Андраш Ковач – соавтор открытия из Института физики высоких энергий в Барселоне (Испания) – отмечает, что в этой области неба на 10 000 галактик меньше по сравнению со средней их величиной во Вселенной. Огромная «заплата» из пустоты, подобно нарыву на пальце, лежит в той же части Вселенной, где находится реликтовое холодное пятно, вдвое увеличивая общую площадь аномалии. Ковач с коллегами назвали эту обширную пустоту сверхпустотой, или «супервойд» (supervoid). Они полагают, что наличие еще одной подобной структуры могло бы объяснить загадочную колоссальную аномалию в виде гигантского холодного пятна в космическом микроволновом фоне, которое озадачивает астрономов уже более десяти лет.

Наши цветные карты КМФ испещрены красными и голубыми крапинками, представляющими собой области новорожденной Вселенной, чуть более горячие или холодные по сравнению со средней температурой. В 2004 году спутник WMAP зарегистрировал холодное пятно, значительно превосходящее по размерам другие; затем его же наблюдал спутник «Планк». Если сверхпустота находится в этом же направлении, это означает, что фотоны КМФ, родившиеся за ней в более далеких областях Вселенной, должны были через нее пройти. Благодаря ускоренному расширению Вселенной фотоны, выходящие из зоны-пустоши, встречают на своем пути менее плотную материю, чем та, через которую они пролетали, приближаясь к ней. Это приводит к падению гравитационного потенциала и, в конечном счете, – к падению энергии фотонов, которые эффективно охлаждаются.

Но сверхпустота – это еще не все. В 2012 году группа ученых из Университета Центрального Ланкашира в Великобритании под руководством Роджера Клоуса объявила об открытии огромной структуры, растянувшейся более чем на 4 миллиарда световых лет, что более чем в 2 раза превышает размеры сверхпустоты. На этот раз это была не «заплата» из пустоты, а перезаполненная область пространства. Известная как Большая группа квазаров, она содержит 73 квазара, ярких активных центральных областей галактик. С начала 1980-х годов астрономы знают, что квазары имеют тенденцию «кучковаться» вместе, но никогда ранее не удавалось обнаружить подобную группировку на таком большом масштабе.

Затем в 2015 году группа венгерских астрономов открыла колоссальную группу гамма-всплесков – краткосрочных высокоэнергетических вспышек, исходящих из далеких галактик. Эти гамма-всплески формируют огромное кольцо размером в 5,6 миллиарда световых лет, т. е. 6 % размера всей видимой Вселенной.

Такие откровенные нарушения космологического принципа заставляют астрономов чувствовать себя весьма дискомфортно. Но все эти феномены могут оказаться ошибочными. Например, в 2013 году появилось исследование, расчеты которого показывают, что существует довольно большая вероятность того, что это только видимая структура внутри совершенно случайного распределения квазаров. Однако группа Клоуса с этим выводом не согласна.

Райнер Дик, физик-теоретик из Университета Саскачевана в Канаде, считает, что попытки игнорировать такие космические мегаструктуры бесперспективны. Он говорит, что мы должны принять эти мегаструктуры в свои распростертые объятия как лучшее подтверждение жизнеспособности космологического принципа. Все, что от нас требуется, это признать, что они в реальности не существуют, а являются первым свидетельством проникновения других измерений в наше собственное, оставляющего за собой «грязные» следы на нашем гладком и однородном космическом фоне.

Это предположение представляется дерзким, но оно построено на твердом фундаменте теоретических исследований. В самом понятии о других измерениях нет ничего нового. Уже несколько десятков лет многие теоретики рассматривают возможность существования дополнительных измерений как нашу лучшую надежду на примирение общей теории относительности Эйнштейна с другим бастионом физики XX века – квантовой теорией. «Брак» между двумя такими, с первого взгляда несопоставимыми, концепциями, одна из которых оперирует с очень большим, а другая – с очень малым, увенчается созданием теории всего, единой концепции, способной описать Вселенную во всей ее полноте.

Одним из популярных кандидатов на роль этой единой концепции является М-теория, развивающая теорию струн и предполагающая, что мы живем в 11-мерной вселенной, в которой остальные 7 измерений скручены так туго, что выпадают из поля зрения. Это элегантная и математически привлекательная теория с одним большим недостатком: отсутствуют четкие предсказания, которые можно было бы проверить, чтобы ее подтвердить. Работа Дика по обобщению теории струн, известная как теория бран, могла бы дать такое предсказание и в то же самое время разрешить дилемму космологического принципа. В теории бран наша Вселенная представляет собой четырехмерную мембрану, плавающую в море подобных же бран, проникающих во множество дополнительных измерений. Теория предполагает, что мы можем даже ощутить влияние соседней браны, накладывающейся на нашу.

Для измерения расстояния до удаленных объектов астрономы используют эффект красного смещения (см. также главу 1). Свет от любого объекта, удаляющегося от нас из-за расширения Вселенной, будет смещаться в длинноволновую сторону спектра и спектральные линии будут смещены в красную сторону. Чем дальше от нас объект, тем больше будут смещены линии. Если астрономы видят, что многие объекты находятся на одном красном смещении, они интерпретируют этот факт как существование некоей структуры, например кольца гамма-всплесков или Большой группы квазаров.

Однако другая брана, накладывающаяся на нашу, может исказить измерения красного смещения. Фотоны в одной бране будут влиять на заряженные частицы в другой – это явление Дик назвал «взаимные помехи бран». Это может изменить энергетические уровни внутри атомов, сдвигая спектральные линии света, который они поглощают или излучают. Другими словами, взаимные помехи бран могут создать красное смещение, которое не имеет никакого отношения к истинному расширению Вселенной. Такое положение вещей может привести к появлению видимого скопления объектов на одном красном смещении и отчетливого недостатка объектов на другом красном смещении. Эта иллюзия может привести к заблуждению, что в однородной Вселенной содержатся массивные структуры и огромные пустоты (рис. 5.1).

Конечно, на самом деле все не так просто. Моатаз Эмам, физик из Государственного университета Нью-Йоркского колледжа в Кортленде, предупреждает о том, что некоторые предположения теории Дика уже подвергались критике в прошлом. Но модель вполне проверяема: Эмам предлагает наблюдать части неба, где районы с густой плотностью соседствуют с кажущимися пустотами. Если различие в красных смещениях во всех случаях одинаково, это вполне может означать, что наша брана накладывается на другую.

Рис. 5.1. Альтернативное объяснение мегаструктур

С помощью Слоановского цифрового небесного обзора (Sloan Digital Sky Survey, SDSS), самой детализированной трехмерной карты Вселенной на сегодняшний день, Дик намеревается проанализировать базы данных о красных смещениях, которые могли бы поддержать его теорию. Его попытки «развенчать миф» о существовании крупнейших объектов во Вселенной могут привести к появлению новых «монстров» на их местах. Открытие бран за пределами нашей собственной браны сделает абсурдной концепцию об однородности космоса. И действительно, есть ли смысл так благоговеть перед космологическим принципом в обширной мультивселенной, полной взаимодействующих мембран?