Кэти Мак - Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики

Это обнадеживает. Если вы являетесь скоплением материи во Вселенной и хотите сформировать хорошую стабильную гравитационно-связанную галактику, вы можете быть уверены, что, как только вы накопите достаточно вещества для построения чего-либо, темная энергия не сможет разрушить результат вашего труда.

Но только при условии, что темная энергия не является чем-то более мощным.

Как мы говорили в предыдущей главе, космологическая постоянная – лишь одна из возможных форм темной энергии. Все, что нам известно о темной энергии, – это то, что она заставляет Вселенную расширяться с ускорением. Или, если точнее, она оказывает отрицательное давление. На первый взгляд понятие отрицательного давления может показаться чем-то странным, поскольку о давлении, как правило, думают как о некой выталкивающей силе. Однако в эйнштейновской общерелятивистской картине мира давление представляет собой просто еще один вид энергии, вроде массы или радиации, которая оказывает гравитационное воздействие. А согласно общей теории относительности, гравитация является лишь следствием искривления пространства.

Помните аналогию с шаром для боулинга, создающим вмятину на поверхности батута, с помощью которой мы продемонстрировали, как вещество искривляет пространство? Если принять во внимание общую теорию относительности, вмятина будет глубже не только в том случае, если мяч будет более массивным, но и если он будет горячим или будет иметь высокое внутреннее давление. Таким образом, давление, как и другие виды энергии, действует во многом подобно массе. С гравитационной точки зрения давление притягивает. Например, при расчете гравитационного воздействия скопления газа вы должны учитывать не только его массу, но и давление, поскольку и то, и другое вносит вклад в гравитационное воздействие, которое газ оказывает на находящееся вокруг него вещество. Фактически давление вносит в кривизну пространства-времени больший вклад, чем масса.

Что это означает для отрицательного давления? Если давление какого-то странного вещества может быть отрицательным, это означает, что оно способно компенсировать влияние массы на кривизну пространства-времени. Если записать давление и плотность темной энергии в форме космологической постоянной, используя соответствующие единицы измерения, то давление будет равно плотности по модулю, но противоположно по знаку.

Как правило, мы выражаем взаимосвязь между плотностью вещества и его давлением с помощью так называемого параметра уравнения состояния, который обозначается буквой w и представляет собой отношение давления к плотности энергии. При этом используются единицы измерения, позволяющие провести подобное сравнение. В данном случае нас интересует уравнение состояния темной энергии, которое при наличии достаточного количества времени станет уравнением состояния Вселенной, поскольку темная энергия будет играть все более важную роль в расширяющемся пространстве по мере рассеивания остального содержимого. Если измеренная величина w равна -1, то значение давления точно противоположно значению плотности, а темная энергия является космологической постоянной. Поскольку плотность энергии в космологической постоянной всегда положительна, можно подумать, что она должна действовать подобно материи и усиливать гравитацию, замедляющую процесс расширения Вселенной. Однако поскольку отрицательному давлению в уравнениях придается больший вес, получается так, что космологическая постоянная способствует ускорению космического расширения.

Но этот эффект, по крайней мере, предсказуем. Космологическая постоянная с параметром w = -1 имеет общую плотность энергии, которая остается постоянной на протяжении всего процесса расширения Вселенной, не увеличиваясь и не уменьшаясь. При любом другом значении w все меняется. Поэтому так важно выяснить, с чем мы имеем дело.

Спустя несколько лет после обнаружения темной энергии стало ясно, что нечто заставляет Вселенную расширяться с ускорением, а значит, должно существовать что-то, имеющее отрицательное давление. Оказывается, все, что имеет значение w < -1/3, обусловливает как отрицательное давление, так и ускоренное расширение. Однако выяснение значения параметра w может сказать нам, является ли темная энергия истинной космологической постоянной (w всегда равно -1) или некой динамической формой темной энергии, чье влияние на Вселенную может со временем измениться. Поэтому астрономы приступили к поиску способа точного измерения значения w. Если бы выяснилось, что темная энергия не является космологической постоянной, это означало бы, что мы обнаружили новый вид физики, которую не предвидел даже Эйнштейн [47] Ну хоть в чем-то же он должен был ошибиться. .