<< 3. Paradoks Habbla-Sendidzha
| Oglavlenie |
5. Plotnost' temnoi energii >>
4. Temnaya energiya
Odnako uzhe v sleduyushem, 2000-m godu paradoks Habbla-Sendidzha byl ryaz'yasnen. Razgadku podskazalo noveishee zamechatel'noe sobytie v kosmologii - otkrytie temnoi energii. Mnogoe v kosmologii stalo blagodarya etomu otkrytiyu na svoi mesta.
V 1998-99 gg. dve mezhdunarodnye gruppy astronomov-nablyudatelei, odnoi iz kotoryh rukovodili Braian Shmidt i Adam Raies, a drugoi - Sol Perlmutter, soobshili, chto kosmologicheskoe rasshirenie proishodit s uskoreniem. Prezhde schitalos', chto razbeganie galaktik mozhet tol'ko zamedlyat'sya pod deistviem ih sobstvennogo tyagoteniya. No uskorenie oznachaet, chto v prirode imeetsya ne tol'ko vsemirnoe tyagotenie, no i vsemirnoe antityagotenie, kotoroe preobladaet nad tyagoteniem v nablyudaemoi Vselennoi. Antityagotenie sozdaetsya ne galaktikami (s ih obychnym svetyashimsya barionnym veshestvom i temnoi materiei), a nekoei osoboi kosmicheskoi energiei, v kotoruyu pogruzheny vse galaktiki mira. Eto temnaya energiya, kak ee seichas chashe vsego nazyvayut, i sozdaet antityagotenie.
Temnaya energiya temna po krainei mere v dvuh smyslah. Vo-pervyh, ona nevidima - ne izluchaet sveta, ne pogloshaet i ne otrazhaet ego. Vo-vtoryh, ee fizicheskaya priroda i mikroskopicheskaya struktura polnost'yu neizvestny.
I tem ne menee s temnoi energiei, kak my uvidim, vpolne mozhno
rabotat', izuchat' ee rol' v real'nom mire. Dlya etogo, pravda,
nuzhno prinyat' te ili inye ishodnye predpolozheniya, hotya by
minimal'nye, o ee svoistvah. Prosteishii (i kak kazhetsya, samyi
pravdopodobnyi) iz obsuzhdayushihsya seichas variantov svyazyvaet
temnuyu energiyu s kosmologicheskoi postoyannoi 
(lyambda).
Eta universal'naya konstanta byla vvedena v kosmologiyu Einshteinom v
1917 g., kogda on primenil tol'ko chto sozdannuyu im obshuyu teoriyu
otnositel'nosti k izucheniyu mira, rassmatrivaemogo kak nekoe
edinoe celoe. Einshtein reshil etu zadachu i predstavil rezul'tat v
vide fiziko-matematicheskoi modeli Vselennoi. Model' opisyvala
Vselennuyu kak staticheskuyu, vechnuyu i neizmennuyu kak celoe
fizicheskuyu sistemu. Vo Vselennoi Einshteina prityazhenie vseh tel
prirody drug k drugu... otsutstvovalo. N'yutonovskoe vsemirnoe
tyagotenie pri etom, odnako, ne otmenyalos'; no pomimo nego v
einshteinovskoi modeli deistvoval eshe odin silovoi faktor -
vsemirnoe antityagotenie, kotoroe polnost'yu kompensirovalo
vzaimnoe tyagotenie kosmicheskih tel v masshtabe vsei Vselennoi.
Nichego podobnogo prezhnyaya, do-einshteinovskaya fizika ne znala. No antityagotenie ne vytekalo v deistvitel'nosti i iz obshei teorii otnositel'nosti. Eto byla sovershenno novaya ideya. Tem ne menee ona organichno i v isklyuchitel'no ekonomnoi forme byla vvedena v strukturu obshei teorii otnositel'nosti, v ee matematicheskie uravneniya. Antityagotenie bylo predstavleno v etih uravneniyah vsego odnoi i pritom postoyannoi fizicheskoi velichinoi, kotoraya i poluchila pozdnee nazvanie kosmologicheskoi konstanty. Ona obespechivala v modeli Einshteina kompensaciyu vsemirnogo tyagoteniya - bez nee teoriya ne dopuskala by statichnosti mira.
V 1922 g. Fridman dokazal, chto uravneniya obshei teorii otnositel'nosti - dazhe pri nalichii v nih kosmologicheskoi konstanty - dopuskayut ne tol'ko staticheskie modeli, no i modeli s evolyuciei, v kotoryh Vselennaya kak celoe mogla rasshiryat'sya ili szhimat'sya. Fridman yavno predpochital model' rasshiryayusheisya Vselennoi. Esli einshteinovskaya konstanta polozhitel'na po velichine, to teoriya Fridmana (v nei eta konstanta s samogo nachala predusmotritel'no uchityvalas') mozhet opisyvat' ne tol'ko kosmologicheskoe rasshirenie s zamedleniem, no i kosmologicheskoe rasshirenie s uskoreniem. Osnovannaya na takom podhode global'naya kosmologicheskaya model' ochen' horosho soglasuetsya s nablyudaemym seichas fenomenom uskoryayushegosya kosmologicheskogo rasshireniya.
Spustya chetyre desyatiletiya, v 1965 g., E.B. Gliner, rabotavshii togda v leningradskom Fiztehe, zametil, chto po svoei roli i mestu v obshei teorii otnositel'nosti kosmologicheskaya postoyannaya sootvetstvuet nekotoroi sploshnoi srede, kotoraya strogo ravnomerno zapolnyaet vse prostranstvo Vselennoi i imeet vsyudu i vsegda postoyannuyu plotnost'. Svyaz' plotnosti etoi sredy s einshteinovskoi kosmologicheskoi postoyannoi takova:
Zdes' 
i 
- skorost' sveta i gravitacionnaya postoyannaya. My
zapisali zdes' "massovuyu" plotnost', to est' massu, prihodyashuyusya
na edinicu ob'ema. Kak izvestno, massa i energiya svyazany mezhdu
soboi znamenitoi formuloi 
; chtoby pereschitat' plotnost'
massy na plotnost' energii, nuzhno umnozhit' pervuyu na 
.
Eta sreda ves'ma neobychna: ee plotnost' 
polozhitel'na, a
davlenie 
otricatel'no, prichem po absolyutnoi velichine
davlenie ravno plotnosti (eti dve fizicheskie velichiny imeyut
odinakovuyu razmernost'):
Svyaz' mezhdu davleniem i plotnost'yu sredy nazyvayut ee uravneniem sostoyaniya. Kak pervym ukazal Gliner, zapisannoe vyshe uravnenie sostoyaniya harakterno dlya fizicheskogo vakuuma. Takoe i tol'ko takoe uravnenie sostoyaniya udovletvoryaet opredeleniyu vakuuma kak sredy, otnositel'no kotoroi dvizhenie i pokoi nerazlichimy. Eto i tol'ko eto sootnoshenie mezhdu plotnost'yu i davleniem sovmestimo s ponyatiem vakuuma kak formy energii s vsyudu i vsegda postoyannoi plotnost'yu, - i pritom v lyuboi sisteme otscheta.
My budem nazyvat' etu osobuyu kosmicheskuyu sredu vakuumom
Einshteina-Glinera i schitat', chto otkrytaya astronomami temnaya
energiya - eto energiya vakuuma. (Bukva 
, kotoroi my snabdili
vyshe plotnost' i davlenie, i oznachaet vakuum.) Krome yasnosti i
prostoty, takaya interpretaciya privlekatel'na eshe i v tom - samom
vazhnom, v deistvitel'nosti, - otnoshenii, chto nablyudeniya, v
kotoryh temnaya energiya byla otkryta, polnost'yu s neyu soglasuyutsya.
Po dannym na segodnyashnii den', otnoshenie davleniya temnoi energii
k ee plotnosti energii sostavlyaet 
. Pohozhe, chto
inye, bolee slozhnye i, v obshem, proizvol'nye varianty
interpretacii temnoi energii postepenno vytesnyayutsya nablyudeniyami.
Stoit zametit', chto otricatel'noe davlenie, s kotorym my vstrechaemsya v uravnenii sostoyaniya vakuuma, - ne vpolne obychnoe yavlenie v fizike. Pri "normal'nyh usloviyah" davlenie v "normal'noi" zhidkosti ili gaze kak pravilo polozhitel'no. No i v zhidkosti (naprimer, v potokah vody u vinta parohoda) i v tverdyh telah (naprimer, vo vsestoronne rastyanutoi stal'noi bolvanke) otricatel'noe davlenie tozhe mozhet voznikat'. Eto trebuet osobyh, special'nyh uslovii, no samo po sebe ne yavlyaetsya chem-to isklyuchitel'nym. Odnako v sluchae vakuuma situaciya sovsem osobaya. Davlenie vakuuma ne tol'ko otricatel'no, no k tomu zhe ravno - po absolyutnoi velichine - ego plotnosti energii. Nichego podobnogo net ni v odnoi drugoi srede. Eto absolyutno i isklyuchitel'no svoistvo odnogo vakuuma i tol'ko ego.
O vakuume v fizike govoryat davno, s 1920-h godov, kogda voznikla kvantovaya mehanika. Iz etoi nauki vytekalo, v chastnosti, chto u vseh polei i chastic prirody imeetsya sostoyanie minimal'noi energii, kotoroe i nazyvaetsya vakuumom. Vakuum - ne pustota, i minimal'naya energiya polei i chastic, voobshe govorya, ne ravna nulyu. Fizicheskii vakuum obladaet opredelennoi energiei, i eta energiya deistvitel'no mozhet harakterizovat'sya (na makroskopicheskom urovne opisaniya) znacheniyami plotnosti i davleniya. Odnako poka ne ustanovleno, deistvitel'no li vakuum Einshteina-Glinera tozhdestven vakuumu fizicheskih polei. Podrobnee o kosmologicheskoi postoyannoi, o vakuume i ego temnoi energii mozhno prochitat', naprimer, v knige A.M. Cherepashuka i A.D. Chernina "Vselennaya, zhizn', chernye dyry", Vek-2, 2003). Poetomu ne budem zdes' vhodit' vo vse aspekty etoi bol'shoi temy, a obsudim tol'ko to, chto trebuetsya dlya ponimaniya paradoksa Habbla-Sendidzha i dlya postroeniya lokal'noi kosmologii.
<< 3. Paradoks Habbla-Sendidzha | Oglavlenie | 5. Plotnost' temnoi energii >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Kosmologiya - temnaya energiya
Publikacii so slovami: Kosmologiya - temnaya energiya | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
