|
Как темная энергия навсегда изменила космологию
|
|
|
|
Давайте отмотаем время назад... Ну, я не знаю, скажем, на сто лет. Шел 1917 год, и Эйнштейн только что разработал свою общую теорию относительности. Это был шедевр, дающий нам современное представление о силе притяжения. И, как любой человек, интересующийся гравитацией, Эйнштейн решил применить свои новые уравнения к эволюции Вселенной.
|
|
|
|
Я имею в виду, почему бы и нет? В среднем Вселенная электрически нейтральна, поэтому электромагнитное взаимодействие не может многое рассказать вам о том, как все происходит в больших масштабах. Эйнштейн не знал о сильном и слабом ядерных взаимодействиях (честно говоря, никто этого не знал), но в любом случае это короткодействующие взаимодействия.
|
|
|
|
Если вы хотите заняться космологией, то все начинается с гравитации. Если вы берете случайный набор элементов и называете его "Вселенной", то вполне обоснованно задаетесь вопросом, что этот случайный набор элементов будет делать. К своему удивлению, Эйнштейн обнаружил, что теория относительности естественным образом предсказывает эволюционирующую, динамичную вселенную, которая естественным образом либо расширяется, либо сжимается. Но в то время преобладало мнение, что Вселенная статична — она всегда была одинаковой на протяжении всей космической истории.
|
|
|
|
Эйнштейн совершил редкий поступок, поддавшись наблюдениям, и добавил "космологическую постоянную", обозначаемую греческой буквой Лямбда. Уравнения теории относительности, естественно, допускают эту постоянную. Это похоже на фоновый гравитационный эффект, который просто существует во Вселенной, даже когда внутри нее ничего нет. И этот эффект может быть как положительным, так и отрицательным, будь то фоновое притяжение или отталкивание, встроенное в само пространство-время. Эйнштейн настроил свой параметр таким образом, чтобы фоновая гравитация нейтрализовала гравитационные выходки всей материи и стабилизировала Вселенную.
|
|
|
|
|
|
|
Всего через несколько лет Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется, а другие теоретики, такие как российский космолог Александр Фридман, приняли уравнения Эйнштейна за чистую монету и теоретически обосновали теорию большого взрыва. Что касается самого Эйнштейна, то позже он говорил друзьям, что добавление космологической постоянной было его "величайшей ошибкой".
|
|
|
|
Перенесемся в 1998 год. Две команды астрономов решили разрешить затянувшийся на десятилетия спор о том, сколько вещества содержится во Вселенной. Некоторые наблюдения показали, что вещества почти нет, а другие утверждали, что его много. Вселенная расширялась, но материя внутри нее должна была замедлять это расширение — измерив замедление, они могли бы получить представление об этом количестве вещества и разрешить спор.
|
|
|
|
Что они и сделали... в некотором роде. Вместо того, чтобы обнаружить замедление, они измерили ускорение. Во Вселенной по-прежнему было не так много материи, но даже того, что есть, недостаточно, чтобы замедлить расширение.
|
|
|
|
Что касается этого ускорения, то самый простой способ объяснить его, как вы уже догадались, - это обратиться к космологической постоянной, фундаментальному фоновому антигравитационному эффекту, который просто существует во Вселенной. Спустя десятилетия после того, как Эйнштейн исправил свою ошибку, константа с ревом вернулась к жизни как лучшее объяснение полученных данных.
|
|
|
|
В 1980-х и 90-х годах мы разработали сложную космологическую модель, которую несколько высокомерно назвали Стандартной космологической моделью (физики склонны называть "стандартными" модели, основанные на связности, сотрудничестве и консенсусе). Открытие ускоренной экспансии вынудило нас отказаться от этой модели.
|
|
|
|
На его месте - наше лучшее на сегодняшний день описание истории Вселенной со времен большого взрыва. Это называется космологией LCDM. Лямбда-значение космологической постоянной, также известной как темная энергия. CDM предназначен для холодной темной материи, формы вещества, которая преобладает в массе почти каждой галактики. Тема CDM - это другой эпизод, поскольку сегодня мы сосредоточимся на лямбда-спектре.
|
|
|
|
LCDM пользуется огромным успехом. Это относительно простая модель: всего несколько свободных параметров и пара допущений, работающих в рамках общей теории относительности. И с помощью этой модели мы можем многое объяснить о Вселенной: историю ее расширения, появление фонового излучения, особенность БАО, рост галактик и крупных структур и так далее, и тому подобное. Это одна из наиболее хорошо изученных и проверенных теорий во всей науке.
|
|
|
|
И она почти наверняка неверна.
|
|
|
|
Источник
|
