Fizicheskii vakuum i kosmicheskaya anti-gravitaciya

---

<< 2. Gipoteza Einshteina | Oglavlenie | 4. Anti-gravitaciya i uskoryayusheesya ... >>

3. Fizicheskii vakuum i ego plotnost'

Kak uzhe skazano, vakuum yavilsya v kosmologiyu s einshteinovskoi kosmologicheskoi postoyannoi , i ego plotnost' vyrazhaetsya cherez znachenie etoi postoyannoi:

Zdes' i dalee ispol'zuetsya sistema edinic, v kotoroi skorost' sveta ; - n'yutonovskaya gravitacionnaya postoyannaya.

Vakuum obladaet ne tol'ko opredelennoi plotnost'yu energii, no takzhe i davleniem. Esli plotnost' vakuuma polozhitel'na, to ego davlenie otricatel'no. Svyaz' mezhdu davleniem i plotnost'yu, t.e. uravnenie sostoyaniya, imeet dlya vakuuma vid . Eto - i tol'ko eto - uravnenie sostoyaniya sovmestimo s opredeleniem vakuuma kak formy energii s vsyudu i vsegda postoyannoi plotnost'yu, nezavisimo ot sistemy otscheta.

Uravnenie sostoyaniya vakuuma neposredstvenno vyvoditsya v teorii kvantovyh polei [12]. No znachenie ego plotnosti takim pryamym putem poluchit' v teorii do sih por ne udaetsya; kak uzhe upomyanuto vyshe, eto ostraya problema, i my eshe vernemsya k etoi teme v konce stat'i.

Soglasno fridmanovskoi teorii, tyagotenie sozdaetsya ne tol'ko plotnost'yu sredy, no i ee davleniem v kombinacii . Vakuum vyzyvaet anti-gravitaciyu imenno potomu, chto ego effektivnaya gravitirushaya energiya, , otricatel'na pri polozhitel'noi plotnosti.

Po nablyudatel'nym dannym o sverhnovyh [1], o kotoryh my upominali, plotnost' vakuuma prevyshaet summarnuyu plotnost' vseh ostal'nyh vidov kosmicheskoi energii. Znachenie plotnostei udobno vyrazit' v edinicah kriticheskoi plotnosti g/sm, gde km/s/Mpk - postoyannaya Habbla. Togda otnositel'naya plotnost' vakuuma

Naidennoe po sverhnovym, eto znachenie vakkuumnoi plotnosti podtverzhdaetsya vsei sovokupost'yu imeyushihsya svedenii o vozraste samyh staryh zvezd Galaktiki, o formirovanii krupnomasshtabnoi struktury i osobenno ob anizotropii reliktovogo izlucheniya v kombinacii s dannymi o dinamike bogatyh skoplenii galaktik (sm. [13-15] i imeyushiesya tam ssylki).

Lish' nemnogo ustupaet vakuumu po plotnosti skrytaya massa, ili, kak chashe v poslednee vremya govoryat, temnoe veshestvo:

Pozhalui, plotnost' - eto to, chto kak raz luchshe vsego izvestno ob etoi komponente kosmicheskoi sredy. Temnoe veshestvo ne izluchaet ni sveta, ni drugih elektromagnitnyh voln, i voobshe prakticheski ne vzaimodeistvuet s elektromagnitnym izlucheniem. V nashei Galaktike temnogo veshestva priblizitel'no v 10 raz bol'she, chem svetyashegosya veshestva zvezd. Ono obrazuet obshirnuyu nevidimuyu koronu, ili galo, vokrug zvezdnogo diska Mlechnogo Puti. Podobnye temnye galo imeyutsya, po-vidimomu, u vseh dostatochno massivnyh izolirovannyh galaktik. Temnoe veshestvo soderzhitsya takzhe v gruppah galaktik i v samyh bol'shih kosmicheskih sistemah - skopleniyah i sverhskopleniyah galaktik. Kak i v nashei Galaktike, temnoe veshestvo sostavlyaet do 90 %, a inogda i bolee, polnoi massy vseh etih sistem. Ono proyavlyaetsya tol'ko blagodarya sozdavaemomu im tyagoteniyu, i imenno po svoemu gravitacionnomu effektu ono i bylo vpervye obnaruzheno (tochnee, zapodozreno) eshe v 1930-e gody F. Cvikki, kotoryi izuchal kinematiku i dinamiku bogatogo skopleniya galaktik v sozvezdii Koma (ili Volosy Veroniki). Galaktiki v etom skoplenii dvizhutsya so skorostyami okolo tysyachi kilometrov v sekundu, i pri takih skorostyah uderzhat' ih v nablyudaemom ob'eme skopleniya mozhno lish' pri uslovii, chto polnaya massa skopleniya raz v desyat' bol'she summarnoi massy sostavlyayushih ego galaktik. Kak skazano v knige [8], osnovannoi na zapisyah lekcii Ya.B. Zel'dovicha v MGU, `kazhetsya sovershenno udivitel'nym, chto Vselennaya bolee chem na 90% po masse sostoit iz neizvestnoi nam formy materii. Odnako etot vyvod, po-vidimomu, neizbezhen'. Vazhnost' problemy temnogo veshestva ochevidna, no ne menee ochevidna i ee chrezvychainaya slozhnost'. Do sih por ne izvestna fizicheskaya priroda nositelei temnogo veshestva; obsuzhdaetsya ochen' shirokii diapazon vozmozhnostei - ot elementarnyh chastic s maloi (men'she massy elektrona) massoi do zvezd-karlikov, massivnyh (bol'she massy solnca) chernyh dyr i t.p. Massy kandidatov na etu rol' razlichayutsya, takim obrazom, na dobryh 60 poryadkov velichiny, - takova real'naya chislennaya mera imeyusheisya v nastoyashee vremya neopredelennosti v etom voprose.

Za temnym veshestvom sleduet svetyasheesya veshestvo zvezd i galaktik; v sootvestvii s uzhe skazannym, ego kosmicheskaya plotnost' (srednyaya po vsemu nablyudaemomu ob'emu mira) na poryadok velichiny men'she plotnosti temnogo veshestva:

Nakonec, chetvertoi komponentoi kosmologicheskoi sredy yavlyaetsya izluchenie, ili ul'trarelyativistskaya sreda, s plotnost'yu

gde postoyannyi mnozhitel' uchityvaet vklad neitrino, gravitonov i drugih vozmozhnyh ul'trarelyativistskih chastic i polei kosmologicheskogo proishozhdeniya, dobavochnyi k ochen' horosho izmerennomu vkladu reliktovogo izlucheniya; v ocenke etogo vklada imeetsya, kak vidim, znachitel'naya neopredelennost'.

Takovy sovremennye dannye o plotnostyah, udovletvoryayushie, kak kazhetsya, vsem imeyushimsya na segodnyashnii den' nablyudatel'nym ogranicheniyam. Pri privedennom vyshe znachenii postoyannoi Habbla eti dannye sovmestimy kak s otkrytoi i ploskoi [13,15], tak, voobshe govorya, i s zakrytoi kosmologicheskimi modelyami. Ploskoi modeli otvechaet ; v otkrytoi modeli eta summa otnositel'nyh plotnostei men'she edinicy, a v zakrytoi bol'she.

Inogda v literature, osobenno nauchno-populyarnoi, a tem bolee reklamnoi (press-relizy, interv'yu i t.p.), mozhno vstretit' utverzhdeniya o tom, chto ploskaya model' polnost'yu dokazana teoreticheski (so ssylkoi, naprimer, na model' inflyacii) ili okonchatel'no podtverzhdena takimi-to i takimi-to sverhtochnymi nablyudeniyami. Na odnom iz seminarov v GAISh MGU gost'-dokladchik soobshal v kachestve svezhei novosti, privezennoi s poslednei zagranichnoi konferencii, chto ploskaya model' teper' uzhe nesomnenno dokazana, ibo izmerennaya velichina est' edinica. Kto-to sprosil iz zala: A s kakoi tochnost'yu izmerena omega? Edinica plyus-minus skol'ko? Tak kak dokladchik medlil s otvetom, R.A. Syunyaev soobshil, chto po ego svedeniyam, tochnost' byla v tom konkretnom sluchae...

Zamechatel'no, chto po povodu samih po sebe cifr (2-5) v kosmologicheskom soobshestve ustanovilos' nebyvaloe do togo vseobshee edinodushie i soglasie, kotoroe - vvidu unikal'nosti yavleniya - poluchilo special'noe nazvanie: kosmicheskii konkordans [15]. V odnom tol'ko punkte konkordans ne polon; odni schitayut, chto otkryt imenno vakuum, togda kak drugie predpochitayut inuyu interpretaciyu, predpolagaya, chto kosmologicheskoe uskorenie sozdaetsya ne vakuumom, a neizvestnoi do sih por i polnost'yu gipoteticheskoi kvintessenciei. Pod poslednei ponimaetsya [16] osobaya forma kosmicheskoi energii s uravneniem sostoyaniya , gde - postoyannyi parametr, znacheniya kotorogo lezhat v intervale . Legko videt', chto effektivnaya gravitiruyushaya plotnost' otricatel'na dlya etogo vida energii. Eto znachit, chto ne buduchi vakuumom, kvintessenciya tozhe sposobna sozdavat' anti-gravitaciyu, a znachit i uskorenie kosmologicheskogo rasshireniya. V kartine mira klassicheskoi drevnosti kvintessenciya - pyataya stihiya, plyus k zemle, vode, vozduhu i ognyu; eto kosmicheskaya substanciya, i iz kvintessencii, kak schitalos', sostoyat nebesnye tela. Slovo krasivoe, gipoteza populyarna; eto i ponyatno, ona sozdaet novuyu `stepen' svobody' v kosmologii; ostaetsya dozhdat'sya novyh interesnyh rezul'tatov na etom puti.

V etom meste stoit, po-vidimomu, skazat' o kosmologicheskoi terminologii, kotoraya chastichno izmenilas' posle i vsledstvie otkrytiya kosmicheskogo vakuuma. Eto ne tol'ko poyavlenie konkordansa i kvinessencii; est' i drugie novye terminy, kotorymi tozhe shiroko pol'zuyutsya v poslednie 2-3 goda, hotya ih soderzhanie vse eshe i ne vpolne ustoyalos'. Razlichnye komponenty kosmologicheskoi sredy vse chashe nazyvayut formami kosmicheskoi energii, vklyuchaya syuda i vakuum kak odnu iz nih. Skrytye massy, kotorye schitayutsya holodnymi, t.e. nerelyativistskimi, nazyvayut i temnoi energiei, i temnoi materiei. V nekotoryh publikaciyah temnoi energiei nazyvayut vakuum i kvintessenciyu vmeste (no eto, kazhetsya, ne ochen' udachnoe novovvedenie). `Obychnoe' veshestvo nazyvayut barionami, hotya, konechno, v nem est' i elektrony, a iz barionov imeyutsya v vidu chashe vsego tol'ko protony i neitrony. Reliktovoe izluchenie, gravitony i vse vmeste ul'trarelyativistskie chasticy i polya kosmologicheskoi prirody nazyvayut relyativistskoi energiei.

---

<< 2. Gipoteza Einshteina | Oglavlenie | 4. Anti-gravitaciya i uskoryayusheesya ... >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: Kosmologiya - kosmomikrofizika - vakuum - Rasshirenie Vselennoi - kvantovaya gravitaciya - antigravitaciya - lyambda-chlen - Obshaya teoriya otnositel'nosti Publikacii so slovami: Kosmologiya - kosmomikrofizika - vakuum - Rasshirenie Vselennoi - kvantovaya gravitaciya - antigravitaciya - lyambda-chlen - Obshaya teoriya otnositel'nosti
Sm. takzhe: Razlozhenie dalekogo sveta Formirovanie galaktik v magnitnoi Vselennoi "Effekty" Zel'dovicha, zapechatlennye na nashem nebe Sverhnovaya 1994D i neozhidannaya Vselennaya Kuda smeshaetsya krasnoe smeshenie? Ne bogi rasshirenie vselennoi nablyudayut Samaya dalekaya sverhnovaya tipa Ia Vse publikacii na tu zhe temu >>