С самого момента своего появления 13,8 миллиарда лет назад Вселенная продолжает расширяться, разбрасывая сотни миллиардов галактик и звезд как изюм в быстро поднимающемся тесте. Астрономы направляли телескопы на некоторые звезды и другие космические источники, чтобы измерить их удаленность от Земли и скорость удаления — два параметра, которые необходимы для расчета постоянной Хаббла, единицы измерения, которая описывает скорость расширения Вселенной.
Благодаря эффекту гравитационного линзирования космический телескоп «Хаббл» смог получить фотографии звезды, удаленной от нас на 9 миллиардов световых лет, что на данный момент стало рекордом наблюдений за одинарным объектом, расположенным настолько далеко от нашей Солнечной системы.
В 2016 году американский астронавт Скотт Келли вернулся на Землю спустя 340 дней нахождения на борту Международной космической станции (МКС). Столь продолжительное космическое путешествие стало частью программы аэрокосмического агентства NASA по изучению последствий долгого пребывания в космосе, а также проверкой предела человеческой выносливости при длительном нахождении в условиях микрогравитации. В конечном итоге со всем тем же придется столкнуться астронавтам, которые в перспективе должны будут отправиться на Марс и, возможно, за его пределы.
В 1935 году, когда квантовая механика и общая теория относительности Эйнштейна были очень молоды, не шибко известный советский физик Матвей Бронштейн, будучи в возрасте 28 лет, сделал первое подробное исследование на тему согласования этих двух теорий в квантовой теории гравитации. Эта, «возможно, теория всего мира в целом», как писал Бронштейн, могла бы вытеснить классическое эйнштейново описание гравитации, в котором она видится кривыми в пространственно-временном континууме, и переписать его квантовым языком, как и всю остальную физику.
Общая теория относительности Эйнштейна, в которой гравитация рождается вследствие искривления пространства-времени, замечательна. Она была подтверждена с невероятным уровнем точности, в некоторых случаях до пятнадцати знаков после запятой. Одним из самых интересных ее предсказаний было существование гравитационных волн: ряби в пространстве-времени, которая свободно распространяется. Не так давно эти волны были пойманы детекторами LIGO и VIRGO.
Поместите человека в космос, подальше от гравитационных пут земной поверхности, и он будет ощущать невесомость. Хотя все массы Вселенной все еще будут воздействовать на него гравитационно, они также будут притягивать и любой космический аппарат, в котором находится человек, поэтому он будет плавать. И все же по телевизору нам показывали, что экипаж некоего космического судна вполне успешно ходит ногами по полу при любых условиях. Для этого используется искусственная гравитация, создаваемая установками на борту фантастического судна. Насколько это близко к реальной науке?
Как примирить два столпа современной физики: квантовую теорию и гравитацию? Один или оба должны уступить и сдаться. Новый подход говорит, что гравитация может вытекать из случайных флуктуаций на квантовом уровне, что делает квантовую механику фундаментальнее из этих двух теорий. Два наших основных объяснения реальности утверждают, что квантовая теория управляет взаимодействиями наименьших частиц материи. Общая теория относительности же касается гравитации и крупнейших структур во Вселенной. С тех пор, как Эйнштейн создал свою знаменитую теорию, физики пытались преодолеть разрыв между ними, но безуспешно.
Астрономы NASA пытаются заглянуть все дальше и дальше во Вселенную, и поэтому им необходимы большие и очень мощные телескопы. И именно по этой причине команда специалистов из Лаборатории реактивного движения (JPL) предложила идею использования самого крупного объекта в нашей системе – Солнца – в качестве гигантского космического «увеличительного стекла».
Когда мы видим космонавтов в космосе, плавающих выше земной атмосферы, мы говорим, что они испытывают нулевую гравитацию: истинную невесомость. Но ведь их все равно гравитационно притягивают Земля, Луна, Солнце и любая другая масса во Вселенной. Что же такое нулевая гравитация? Существует ли она в принципе? Проводятся ли эксперименты на МКС в условиях «нулевой гравитации»?
Новая и весьма спорная гипотеза о нашем неправильном понимании гравитации только что успешно справилась со своим первым испытанием. Впервые предложенная в 2010 году, эта гипотеза настаивает на том, что гравитация может появляться и вести себя совсем не так, как это описывается Эйнштейном. При этом проведенное независимое исследование более 30 000 галактик позволило найти первое доказательство в пользу такого мнения.