Версия для слабовидящих
Предложено новое объяснение космологической константы Печать Email
Новости науки
17.03.2014
Предысторию вопроса вы и сами знаете, поэтому просто пробежимся ещё раз по основным моментам: вакуум в мгновенном смысле этого слова на самом деле не пустой, так как в нём постоянно возникают и исчезают частицы. И у вакуума есть энергия, что видно хотя бы из эффекта Казимира. Однако с этой энергией есть определённые проблемы: если исходить из неё, получается, что так называемая космологическая постоянная — которая, как считается, стоит за тёмной энергией, — должна быть в 10120 раз больше, чем выясняется из наблюдений за реальным расширением Вселенной, за которое эта космологическая постоянная отвечает.

Наша Вселенная может быть не той, что справа, а скорее той, что слева. (Иллюстрация Jim Braun / University of Oregon.)


Многим не нравится расхождение наблюдаемого значения постоянной и расчётного во столь некрасиво большое число раз. В самом деле, почему энергия вакуума такая маленькая?

Эйнштейновские идеи о пространстве-времени говорят: тела, имеющие массу, влияют на пространство-время, искривляя его. Причём масса и энергия, по сути, являются двумя сторонами одной монеты, поэтому искривляют они обе. Просто и со вкусом, казалось всем. Однако когда стало всплывать, что так называемый вакуум в действительности довольно оживлённое место, где каждую секунду появляется и исчезает множество частиц, к этой концепции сами собой стали возникать вопросы.

Смотрите: если у вакуума космического пространства есть энергия, то она должна искривлять пространство и время; в теории она и вовсе может свернуть нашу Вселенную в маленький плотный шарик (хорошо, если не в точку) или разнести её с такой скоростью во все стороны, что ни одна звезда не успела бы сформироваться. Разница между этими вариантами объясняется лишь тем, какой вы посчитаете энергию вакуума — положительной или отрицательной. В любом случае попытка учесть энергию вакуума приводит к таким большим значениям, что сегодняшней Вселенной со всеми этими звёздами и прочим из неё получиться никак не могло. Кажется, такая картина слегка не сходится с окружающей нас реальностью?

Поэтому, когда из наблюдаемого расширения Вселенной и прочего выводится значение космологической постоянной, наступает некоторое недоумение: постоянная-то маленькая и её значение положительно. Отчего же вакуум не искажает пространство-время до вышеописанного безобразия?

Обычно, если кто-то хочет сочетать представления об энергии вакуума с общей теорией относительности, он вынужден вводить некие корректировки — иначе от разрыва 10120 не уйти. Нет, подставить корректировку несложно, но откуда она, эта корректировка, берётся? В чем её смысл?

Новая работа Неманьи Калопера (Nemanja Kaloper) из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) и Антонио Падийи (Antonio Padilla) из Ноттингемского университета (Великобритания) предложила такую модификацию общей теории относительности, которая естественным путём приводила бы к столь малой, но положительной космологической постоянной.

Космологическая постоянная должна рассматриваться как среднее «итого» вклада вакуума во всём пространственно-временном континууме, говорят учёные, то есть во всём пространстве мироздания за всё время его существования. Как только вы осуществите такой учёт, локальная энергия вакуума в вашей конкретной точке Вселенной тут же появится в уравнениях два раза — с обеих сторон от «равно» и с противоположными знаками. Неважно, считают физики, какую энергию вакуум имеет прямо сейчас, он всё равно не может искривить пространство и время, поскольку одновременно толкает их правой рукой с одной стороны, а левой — с другой.

Хорошо, но что тогда объясняет существование константы? Разве она не должна стать равной нулю при таком раскладе? С точки зрения Калопера и Падийи, наблюдаемое глазом остаточное значение константы является средним «историческим» вкладом энергии вакуума для всего пространства-времени Вселенной. То есть все флуктуации во всём вакууме от начала времён до этого самого момента вносят свой вклад в ту космологическую постоянную, которую мы видим вокруг себя сегодня (и, тем самым, в ускоряющееся расширение Вселенной).

Да-да, выводы из этого следуют вполне определённые. Если всё это так, то в начале времён и сегодня постоянная была разной, и это ещё мягко сказано. В ранней Вселенной, полагают исследователи, космологическая постоянная была баснословно большой, что привело к инфляции, резкому раздуванию всего мироздания. Позднее же, когда Вселенная подостыла, постоянная стала малой, а ещё позже она может и вовсе сменить знак, заставляя Вселенную начать сжатие.

Из такого секвестра космологической постоянной среди прочего следует и будущее сжатие Вселенной. Впрочем, дожить до этого приятного момента смогут не все. (Иллюстрация ESM.)


Одним из последствий такой гипотезы стало предположение о конечности существования Вселенной не только в пространстве, что не назовешь сенсацией, но и во времени. А это уже существенное отличие от сегодняшней картины мира, ведь ранее — при ускоряющемся расширении — конец времён для Вселенной считался скорее невозможным.

Как бы это подтвердить? Сразу отсеиваем вариант «дождаться начала сжатия». Сериал «Судьбы гипотезы» в этом случае будет чертовски трудно досмотреть до конца, поскольку прогнозируемое авторами сжатие может наступить примерно через 100 млрд лет. Альтернативный подход к проверке идеи может включать в себя детальные астрономические наблюдения за регионами Вселенной в различные периоды жизни мироздания и соотнесения поведения пространства-времени в разные эпохи с идеей меняющейся космологической константы. Однако с какой бы стороны мы ни подошли к этой задаче, пока что наблюдательная проверка этой очень интересной гипотезы кажется весьма непростым делом.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Ars Technica.

Источник - http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10011980/

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта