Если вы когда-либо слышали о «величайшей ошибке Эйнштейна» — скорее всего, речь шла о космологической постоянной

Если вы когда?либо слышали о «величайшей ошибке Эйнштейна» — скорее всего, речь шла о космологической постоянной. Это был поправочный коэффициент, который Эйнштейн ввёл в свои уравнения в 1917 году: с его помощью Вселенная оставалась стационарной, четырёхмерной, и в ней работали уравнения гравитации. Космологическая постоянная действовала как фактор, не позволяя Вселенной ни схлопнуться в комок, ни развоплотиться. После того как в 1929 году Эдвин Хаббл открыл расширение Вселенной (причём ускоренное), постулат о стационарности был отброшен, и Эйнштейн признал космологическую постоянную своей величайшей ошибкой. Но в 1997–1998 годах две группы астрономов — под руководством Перлмуттера и под руководством Шмидта и Рисса — открыли тёмную энергию, которую отождествили с космологической постоянной. Тёмная энергия ведёт себя как антигравитация, она равномерно распределена в пространстве и имеет сверхмалую, но, по?видимому, ненулевую плотность. Значение космологической постоянной составляет примерно ? = 1,089?10??? м??, а плотность вакуума оценивается в 5,84?10??? кг/м?.

Долгое время считалось, что тёмная энергия — это неизменная константа. Поскольку её плотность постоянна, пространство не истончается по мере расширения Вселенной: чем больше становится пространство, тем больше объём тёмной энергии. Однако к началу 2020?х годов, по мере повышения точности измерений, начали накапливаться признаки того, что тёмная энергия может меняться со временем.

Общепринятая сегодня космологическая модель называется ?CDM — «лямбда» соответствует космологической постоянной / тёмной энергии, а CDM означает «cold dark matter» (холодная тёмная материя). Согласно этой модели, примерно 70% содержимого Вселенной приходится на тёмную энергию, 25% — на тёмную материю и лишь 5% — на обычную барионную материю. Эта картина строится на трёх независимых источниках данных: реликтовом излучении (космическом микроволновом фоне), сверхновых типа Ia (которые служат «стандартными свечами»), и крупномасштабной структуре Вселенной с барионными акустическими осцилляциями (BAO). BAO — это остатки звуковых волн, распространявшихся в заряженной плазме менее чем через 380 000 лет после Большого Взрыва; они отпечатались в распределении галактик.

Но вот проблема: скорость расширения Вселенной, измеренная по оптическим данным (сверхновые), и скорость, полученная по акустическим данным (реликтовое излучение и BAO), не сходится. Это несоответствие называется «хаббловским напряжением». В 2021 году начал работу космический телескоп имени Джеймса Уэбба, который лишь усложнил проблему: его данные показывают, что в очень ранний период Вселенная расширялась гораздо быстрее, чем сейчас. Ещё в 2019 году группа американских учёных под руководством Вивиана Пулина предсказала такое поведение и ввела термин «ранняя тёмная энергия» (EDE). Так впервые всерьёз была рассмотрена возможность, что тёмная энергия может ослабевать со временем.

Более свежие данные получены в рамках проекта Dark Energy Survey на телескопе Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) в обсерватории Китт?Пик в Аризоне. DESI содержит 5000 независимых оптических элементов, каждый из которых направлен на конкретную галактику и измеряет расстояние до неё. К середине 2026 года этот аппарат позволил измерить расстояния до 14 миллионов галактик, используя как информацию по сверхновым, так и по барионным акустическим осцилляциям. Собранные данные действительно указывают на то, что космологическая постоянная может варьироваться со временем.

Почему возникает такое подозрение? При сравнении стандартных свечей и реликтового излучения мы сравниваем два принципиально разных множества данных, слишком сильно отстоящих друг от друга во времени. Реликтовое излучение сформировалось через 380 000 лет после Большого Взрыва, тогда как большинство известных сверхновых зажглись в пределах последних 2 миллиардов лет истории Вселенной. Разница между отсечками в 13,8 миллиарда и, скажем, 3 миллиарда лет назад — это разница в разы и на порядки. Возможно, сравнивать красное смещение космического микроволнового фона и стандартных свечей просто некорректно. Либо в период между 380 000 и 3 миллиардами лет после Большого Взрыва произошло некое событие, из?за которого расширение Вселенной резко замедлилось.

Значения, получаемые разными методами, заметно расходятся: измерение по сверхновым даёт 73,29 ± 1,15 (км/сек)/мегапарсек, тогда как оценки по реликтовому излучению дают значения в диапазоне от 69,8 ± 0,8 до 73,22 ± 2,06 (км/сек)/Мпк. Это расхождение пытаются объяснить разными способами. Возможно, со временем меняется общий объём энергии во Вселенной — то есть Вселенная подпитывается извне. Возможно, тёмная энергия затухает или варьируется, как предсказывает теория пульсирующей Вселенной. Может быть, на изменение космологической постоянной влияют метаморфозы, происходящие с тёмной материей.

Если тёмная энергия действительно тождественна энергии вакуума и возникает из кипения квантовой пены — непрерывного рождения и аннигиляции виртуальных частиц, — то затухать может именно этот процесс, и тогда общая энергия вакуума снижается. Но в апреле 2024 года в журнале «Physical Review D» вышло ещё более удивительное исследование команды из Фессалоникийского университета во главе со Стилианосом Циилиукасом. Статья называется «Dark energy from topology change induced by microscopic Gauss?Bonnet wormholes» — «Тёмная энергия из изменения топологии, индуцированного микроскопическими червоточинами Гаусса?Бонне». Формула Гаусса?Бонне описывает изменение кривизны трёхмерного пространства. Авторы предполагают, что такие червоточины — квантовые объекты, подобные виртуальным частицам, но, в отличие от частиц, не точечные. Процесс их возникновения должен напоминать рождение частиц у горизонта событий чёрной дыры. Полное описание требует квантовой гравитации, которой пока нет. Тем не менее, расчёты показывают: если каждую секунду спонтанно возникает около 10 миллиардов таких миниатюрных червоточин на кубический сантиметр пространства, то этот процесс объясняет наблюдаемое ускоряющееся расширение Вселенной и согласуется со значением космологической постоянной.

Тёмная энергия, безусловно, реальна — это сила, подпитывающая ускоренное расширение. При современной плотности вакуума, который вполне может быть ложным, тёмной энергии достаточно для ускоряющегося расширения. Но не исключено, что кажущееся ослабевание тёмной энергии — просто систематическая ошибка измерений, и космологическая постоянная действительно постоянна. Существует и неподтверждённая теория, которую отстаивает, в частности, доктор Джошуа Фриман из Чикагского университета: тёмная энергия может быть результатом воздействия неизвестного поля, переносчиками взаимодействия в котором являются пока не открытые бозоны. Наконец, тёмную энергию можно объяснить воздействием соседних вселенных в рамках гипотезы о Мультивселенной. При всей фантастичности некоторых гипотез, уточнение космологической постоянной — важная работа, которая может приблизить нас и к теории квантовой гравитации, и к пониманию нашего истинного положения в мироздании.

Как вы думаете, является ли разброс значений космологической постоянной реальным свидетельством изменчивости тёмной энергии, или это всего лишь артефакт наших ещё несовершенных методов измерения?

Телеграм: t.me/ainewsline

Источник: vk.com

Комментарии: