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

Темная энергия – название для той субстанции, которая вызывает это расширение с ускорением. Она доминирует в космосе, составляя 68 % всего сущего во Вселенной. Но что же это такое? Возможно, это энергия вакуума, подобная той, которую могут создавать квантовые частицы, выскакивающие и растворяющиеся в свободном пространстве. Возможно, это воскрешение космологической постоянной, которую Эйнштейн ввел в уравнения общей теории относительности, а затем отбросил. А возможно, темная энергия есть некая «квинтэссенция» [8] Quinto ( лат .) – пятый, пятая. – Прим. пер . , еще неоткрытая пятая сила природы.

Обе субстанции порождают свои сложности для теории, но в принципе возможен и другой подход. Например, разные области Вселенной, в которой плотность вещества переменна, могут расширяться по-разному, приводя к иллюзии расширения с ускорением. Поэтому, если мы отбросим космологический принцип, мы могли бы избавиться от темной энергии.

Расширение со сверхсветовой скоростью порождает множество других вселенных.

Вглядитесь пристальнее во Вселенную – и вы столкнетесь с несколькими проблемами, которые трудно разрешить. Она почти геометрически «гладкая», и даже удаленные ее области имеют почти одинаковую температуру.

Космическая инфляция одним махом решает эти проблемы. В первые мгновения Вселенная расширялась быстрее скорости света (понятие предельной скорости света применимо только к объектам внутри Вселенной), что разгладило морщины в ее ранней хаотической сущности. Это означает, что ныне весьма отдаленные друг от друга окраины Вселенной когда-то были тесными соседями и могли обмениваться теплом.

В 2014 году исследователи провозгласили, что они увидели рябь от инфляции, запечатленную в космическом микроволновом фоне. Но это сообщение оказалось ошибочным, и остается неясным, что заставило раннюю Вселенную раздуваться. Проблема в том, что инфляцию очень трудно остановить, и она может привести к возникновению мультивселенной, состоящей из причинно не связанных друг с другом вселенных, которые в конечном итоге отпочковываются друг от друга.

Одним из выходов может быть ослабление требования постоянства скорости света. Если в ранней Вселенной свет распространялся быстрее, это могло бы решить проблему с температурой. Может быть, скорость света падает и сейчас, но это падение невозможно обнаружить даже с помощью самых чувствительных приборов.

Наши теории реальности не согласуются друг с другом.

Гравитация – единственная сила в природе, которую не удается описать с помощью квантовой теории. Кроме того, любая попытка применить к ней квантовую теорию (т. е. представить ее в виде обмена частиц, называемых гравитонами, а не в виде искривлений пространства-времени, как об этом говорит общая теория относительности) разрывается в клочья из-за появления бесконтрольных бесконечностей, которые делают все вычисления бессмысленными. Это большая проблема для физиков. При взаимодействии элементарных частиц гравитация обычно так слаба, что ею смело можно пренебречь. Но в некоторых случаях взаимодействие элементарных частиц нужно рассматривать совместно с гравитацией: например, в черных дырах или на первых этапах рождения Вселенной в Большом взрыве. Без квантовой теории гравитации – первого шага на пути создания теории, объединяющей все взаимодействия, – наука не преодолеет непроницаемый барьер, мешающий нам достичь окончательного прозрения. Кроме того, любая теория квантовой гравитации потребует сломать связь между гравитационной и инертной массой, воплощенную в принципе эквивалентности, а это подрывает краеугольный камень современной физики.

Могут ли нейтрино быть темной материей? Стандартная модель физики элементарных частиц говорит нам, что эти неуловимые частицы не имеют массы. Современные эксперименты свидетельствуют о том, что масса у них есть, но она мала, и это единственное противоречие с тем, что предсказывает стандартная модель. Но, по-видимому, этой массы все-таки недостаточно, чтобы объяснить существование темной материи, по крайней мере, пока не будет открыта новая разновидность так называемых стерильных нейтрино. Последние результаты, полученные спутником «Планк» и нейтринной антарктической обсерваторией «Ледяной куб», пока не подтверждают существования этого типа нейтрино.