Темная энергия


Как выяснилось, темная материя — это еще не все сюрпризы космологии! В 1999 году произошел еще один космологический переворот.

 

После революционных работ Фридмана и до конца ХХ века в космологии речь шла о выборе между тремя основными моделями Вселенной: замкнутой, параболической и гиперболической. Обратим внимание, что в любой из моделей расширение должно замедляться. Вопрос стоял так: достаточно ли во Вселенной материи, чтобы со временем расширение сменилось сжатием, или она так и будет расширяться до бесконечности?

 

Если попытаться измерить это замедление, то можно оценить среднюю плотность материи во Вселенной. Идея такова: наблюдая галактики, удаленные от нас на расстояние в 10 миллиардов световых лет, мы видим Вселенную такой, какой она была 10 миллиардов лет назад. В частности, мы видим, с какой скоростью она в то время расширялась. Сравнив эту скорость с текущей скоростью расширения Вселенной (измеренной для более близких галактик), мы можем определить, насколько снизилась эта скорость за несколько миллиардов лет и рассчитать таким образом замедление. Но беда в том, что у астрономов не было независимого способа измерения расстояний до самых далеких галактик — ведь после открытия закона Хаббла эти расстояния рассчитывали с помощью именно закона Хаббла, предполагая скорость расширения неизменной!

 

Только к концу ХХ века удалось, наконец, решить эту задачу. И результаты получились просто ошеломляющие: расширение Вселенной не замедляется, а убыстряется!

 

Единственно возможное объяснение этого ускорения: во Вселенной существует некая субстанция, обладающая антигравитацией. Антигравитация действует на разбегающиеся галактики и стремится еще более отдалить их друг от друга — из-за этого скорость расширения Вселенной возрастает. Эту таинственную субстанцию назвали темной энергией.

 

Темная энергия: открытие, свойства и влияние во Вселенной

 

Темная энергия равномерно заполняет все пространство Вселенной и создает всемирное антитяготение. Обратите внимание: отталкиваются не сами космические тела — их расталкивает среда, в которую они погружены. Самое поразительное, что это всемирное отталкивание усиливается с ростом расстояния между телами, в отличие от гравитационного тяготения.

 

Чтобы представить себе величину силы всемирного отталкивания, создаваемого темной энергией, вообразим, что два атома водорода помещены в пространство, в котором нет ничего, кроме темной энергии. Антигравитация темной энергии будет сильнее гравитационного притяжения атомов, если расстояние между ними больше полуметра.

 

В окружающем нас космосе в каждом кубическом метре миллионы атомов, поэтому их обычное притяжение маскирует эффект темной энергии. В ранней Вселенной гравитация тоже была доминирующей силой. Но начиная с какого-то момента, из-за расширения Вселенной, плотность вещества стала так мала, что антигравитация темной энергии стала преобладать. Мы живем как раз в такую эпоху.

 

Есть еще один аргумент в пользу темной энергии. Тщательное изучение особенностей реликтового теплового излучения приводит к выводу, что мир наш в целом всё же не искривленный, а плоский, как в параболической модели. Но плотности материи (видимой и темной) имеется всего около четверти от критической. Нехватку плотности как раз может восполнить темная энергия.

 

Природа темной энергии, конечно же, главная загадка физики и космологии XXI века. Уже есть разные теории и догадки на этот счет. Поистине, космология и физика творятся сейчас на наших глазах.

 

Темная энергия: открытие, свойства и влияние во Вселенной

 

Главный кандидат на роль темной энергии — физический вакуум. Согласно современной квантовой физике, вакуум — отнюдь не пустота, это «нулевые колебания» всех полей. Он имеет определенную плотность энергии. И вакууму действительно присуща антигравитация. Физический вакуум можно описать как особую сплошную среду, которая равномерно заполняет всю Вселенную и имеет всюду и всегда постоянную плотность, не изменяющуюся при расширении Вселенной, в отличие от плотности вещества. В современном мире плотность энергии вакуума составляет 70-75% от полной плотности энергии Вселенной.

 

Итак, мы живем в эпоху, когда антигравитация темной энергии уже доминирует над обычным тяготением, Вселенная расширяется ускоряющимися темпами и будет расширяться всё быстрее и быстрее, до бесконечности.