Объяснение всего — даже в ограниченном смысле понимания всех сторон взаимодействий и элементарных составляющих Вселенной — есть одна из величайших задач, с которыми когда-либо сталкивалась наука. И теория струн впервые дает нам достаточно глубокий подход для решения этой задачи. Но сможем ли мы когда-нибудь понять все, на что способна теория, и, например, вычислить массы кварков или константу связи электромагнитного взаимодействия, от точных значений которых так много зависит во Вселенной? Как говорилось выше, на пути к цели стоят многочисленные теоретические преграды; сегодня важнее всего построить законченную формулировку теории струн/М-теории, не опирающуюся на теорию возмущений.

Космология оказывает на нас глубочайшее, почти гипнотическое, воздействие. Понимание того, как все происходило в начале, является, по крайней мере для некоторых из нас, наиболее близким прикосновением к тайне того, почему все это началось. Здесь не утверждается, что современная наука устанавливает связь между вопросом «Как?», и вопросом «Почему?» — она этого не делает, и вполне может оказаться, что подобная научная связь никогда не будет установлена. Но космология держит свое слово и постепенно ведет нас к наиболее полному пониманию арены действия «почему» — к пониманию рождения Вселенной. И это, по крайней мере, позволяет нам развивать научный подход, в рамках которого такие вопросы могут ставиться. Иногда глубокая осведомленность в вопросе — лучшая замена отсутствующего ответа.

Один из универсальных уроков последнего столетия состоит в том, что известные законы физики находятся в соответствии с принципами симметрии. Специальная теория относительности основана на симметрии, описываемой принципом относительности, на симметрии между всеми системами отсчета, движущимися относительно друг друга с постоянной скоростью. Гравитационное взаимодействие, в соответствии с его описанием в обшей теории относительности, основано на принципе эквивалентности, обобщающем принцип относительности на случай произвольным образом движущихся систем отсчета. Наконец, сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия основываются на более абстрактных принципах калибровочной симметрии.

Новейшие космические карты позволили обнаружить самые крупные природные структуры – группы галактик, превосходящие по размеру прочие объекты Вселенной.

Еще в 70-х гг. космология – учение о Вселенной в целом – была наукой, в которой предположения преобладали над фактами. Сейчас космология обрела прочный теоретический фундамент, опирающийся на обширные данные систематических наблюдений. Модель Большого взрыва, согласно которой около 14 млрд. лет назад Вселенная начала расширяться из состояния с высокой плотностью и температурой, может объяснить движение галактик, соотношение водорода и гелия, а также свойства реликтового излучения – остатков тепла от расширяющегося и охлаждающегося газа.

Теория Большого взрыва прекрасно себя зарекомендовала. Осталось только разобраться с таинственным ускорением.

Известие об ускорении расширения Вселенной вызвало волнение и шок в среде космологов. В 1998 г. астрономы решили узнать, с какой скоростью замедляется расширение Вселенной, а вместо этого обнаружили: оно ускоряется. Если, несмотря на всю загадочность, принять космическое ускорение как должное, то оно решает массу проблем. До сенсационного открытия оставалось непонятным несоответствие возраста, плотности и массы Вселенной. Наличие ускорения все ставит на свои места и вместе с результатами сверхточных наблюдений и новыми гипотезами выводит теорию Большого взрыва на качественно новый уровень.

В последние годы интерпретация различных наблюдательных данных, прежде всего специальных программ наблюдений сверхновых типа Іа в галактиках с большими красными смещениями, анизотропии реликтового излучения приводит к представлению о том, что в нашей Вселенной на современном этапе ее эволюции доминирующий вклад в общую плотность энергии вносит среда с отрицательным давлением.

В этой короткой заметки обсуждаются некоторые проблемы сценария, в котором в качестве тёмной энергии выступает космологическая постоянная, а также одна из возможностей её решения

Гравитация удерживает планеты на их орбитах и связывает между собой галактики в огромные скопления. Начиная со времен Ньютона и до конца 1990х гг. отличительной чертой гравитации счита лось притяжение. И хотя общая теория относительности Эйнштейна допускает, что силы гравитации могут быть отталкивающими, большинство физиков считало это лишь теоретически возможным. До недавнего времени и астрономы были убеждены, что гравитация лишь замедляет расширение Вселенной.

Количественные и концептуальные проблемы, с которыми сталкивается СКМ при описании динамики Вселенной, не может оставить равнодушным ни одного физика (согласно А. Эйнштейну, "высшим долгом физиков является поиск тех общих, элементарных законов, из которых путём чистой дедукции можно получить картину Мира"). Одной из наиболее важных проблем в космологии, да и вообще в физике, является отличие наблюдаемой плотности космологической постоянной от теоретически ожидаемой на $120$ порядков. В физике частиц космологическая постоянная естественно возникает как плотность энергии вакуума, которая может быть оценена как сумма нулевых колебаний квантовых полей с массой $m$. В этом подразделе, если это не оговорено отдельно, мы используем систему единиц, в которой $c=\hbar=1.$

Этот обзор является продолжением

• О принципах в физике
• Голографическая принцип - первая встреча
• Термодинамика чёрных дыр
• Голографическая динамика - шагами Э. Верлинде
• Вселенная как голограмма

В повседневной жизни мы оперируем масштабами пространства и времени, которые можем преодолеть, но человеческое воображение позволяет заглянуть в недоступные глазу уголки Мира. Когда же отказывает и воображение, все, что остается в арсенале человека для познания Мира - физические теории, позволяющие понять, как работает то, что нас окружает.

Изучая физическую систему, мы фактически пытаемся описать «черный ящик». «Входной сигнал» - исходные данные - нам либо известен, либо мы можем его предположить. Пропуская этот сигнал через построенную на основании разумных предположений модель «черного ящика», мы получим «выходной сигнал», который можно сравнить с наблюдениями. В случае совпадения мы говорим, что теория хорошо описывает реальность. В противном случае следует пересмотреть либо модель, либо «входной сигнал», а возможно и то, и другое. Иногда, впрочем, мы знаем, как именно работает черный ящик, и можем варьировать только сигналы.

Приведенная аналогия ярко реализуется в космологии – науке о крупномасштабной эволюции Вселенной и ее структуре. Попробуем хотя бы в общих чертах разобраться в идеях этой теории.

Один из наиболее интригующих результатов, следующих из недавних космологических наблюдений, состоит в том, что около 90% массы Вселенной состоит из неизвестных несветящихся частиц (темное вещество). Открытие состава небарионной темной материи – вызов современной физике (и космологии, в частности). Нет недостатка в предложениях о природе небарионной темной материи. Сделана ли она из аксионов (нейтральных частиц, предложенных для объяснения малости СР нарушений в сильных взаимодействиях)? Или из WIMP's (слабо взаимодействующих частиц, естественно возникающих в таких обобщениях Стандартной Модели как суперсимметрия)? Или небарионная ТМ сделана из чего-то еще, например, из комбинации перечисленных выше сущностей? Следуя традиционной экспериментальной науке, путь выяснить природу небарионной темной материи состоит либо в прямой регистрации столкновений частиц ТМ с детектором, либо в наблюдении (непрямой путь) продуктов их реакций в планетах, звездах и галактиках.

Эта статься является сокращенным вариантом перевода, статьи How can we make sure we detect dark matter?