Коллектив авторов - Происхождение Вселенной. Как с помощью теории относительности Эйнштейна можно проникнуть в прошлое, понять настоящее и предвидеть будущее Вселенной [litres]

3. Темная энергия являет собой прекрасное «горючее» для подпитывания созидательных умов физиков, которые превращают ее в сотни различных фантастических форм.

Мы привыкли к тому, что гравитация притягивает предметы друг к другу. Поэтому существование космической силы, которая все расталкивает, просто приводит в замешательство. Поведение энергии вакуума также является странным: по мере расширения пространства появляется все больше и больше субстанции, ответственной за все более увеличивающуюся энергию. Можно провести аналогию с пружиной или резиновой лентой, которая натягивается при растяжении и накапливает энергию. Другими словами, энергия вакуума находится под натяжением.

Но разве может нечто, находящееся в состоянии растяжения, отталкивать тела? Скорее, они должны притягиваться, а не отталкиваться. И вот здесь интуиция нас подводит. Общая теория относительности, которая описывает поведение гравитации, оперирует не только понятием энергии, но также понятием давления. Высокое давление приводит к появлению притягивающего поля тяготения; наоборот, если есть растяжение, значит, должно присутствовать отталкивание.

Очевидно, такое объяснение никого не может удовлетворить. Знания по физике в объеме средней школы помогают преодолеть только половину пути и подойти к пониманию того, что темная энергия имеет растягивающую силу. А затем начинаются чудеса относительности, которые делают это растяжение отталкивающим. В попытках ответить на вопрос, что же собой на самом деле представляет темная энергия, возможно, мы натолкнемся и на объяснение того, почему она создает отталкивание.

Самым «ручным» из всех этих гипотетических монстров является космологическая постоянная, но и она склонна гулять сама по себе. Фактически это плотность энергии, присущая самому пространству, которая в общей теории относительности Эйнштейна создает отталкивающую гравитацию. По мере расширения пространства ее становится все больше, а ее отталкивание становится все сильнее по сравнению с притяжением все более и более рассеянной материи. Физика элементарных частиц может объяснить ее происхождение виртуальными частицами, которые появляются и исчезают в пузырящемся и неустойчивом квантовом вакууме. Проблема заключается в том, что эти частицы, по-видимому, обладают слишком большой энергией: по самым скромным подсчетам, примерно 10 120джоулей на кубический километр.

Это катастрофическое несоответствие оставляет простор для некоторых альтернативных теорий. Темная энергия может представлять собой энергетическое поле, которое является неотъемлемой частью пространства, изменяющееся со временем и, возможно, даже накапливающееся в разных местах. Она может быть модифицированной формой гравитации, которая на больших расстояниях способна действовать как отталкивающая сила. Например, в одной из теорий темная энергия принимает вид радиоволн, длина которых в триллионы раз больше, чем вся наблюдаемая Вселенная.

Астрономы хотят понять, изменяется ли темная энергия со временем. Если она изменяется, то это исключит космологическую постоянную, чья плотность должна оставаться неизменной. Напротив, энергетическое поле нового типа может становиться более слабым по мере растяжения пространства, а может и усиливаться, накачиваясь за счет расширения Вселенной. В большинстве модифицированных теорий гравитации плотность темной энергии также переменна. Она может даже увеличиваться на некоторое время, а затем, наоборот, уменьшаться.

Судьба Вселенной зависит от этого хрупкого равновесия. Если темная энергия остается постоянной, бо́льшая часть космического пространства будет все быстрее уходить вдаль, оставляя нас на маленькой островной вселенной, навсегда отрезанной от остального космоса. Если она усиливается, то все, в конце концов, может кончиться Большим разрывом, или даже ткань пространства будет становиться неустойчивой здесь и сейчас. Наилучшая оценка на сегодняшний день основана преимущественно на наблюдениях сверхновых и говорит о том, что плотность темной энергии довольно стабильна.

Проект «Обзор темной энергии» ( Dark Energy Survey ) нацелен на обнаружение сигналов присутствия темной энергии на широких просторах неба. Он осуществляется с помощью 4-метрового телескопа им. Виктора Бланко, расположенного в межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили. На нем установлена специально спроектированная чувствительная инфракрасная камера.