Виктор де Касто - Pro темную материю

Более того, теперь лямбда объясняла все противоречия. Боб Дикке и Джим Пиблс в конце 1970-х хотели получить теоретическое объяснение единообразия и изотропии. В 1980-е годы появились сторонники инфляционной теории, которые хотели получить наблюдения, доказывающие, что Вселенная – плоская. Но для этого требовалось, чтобы омега равнялась 1. А многочисленные наблюдения показывали, что количество массы во Вселенной меньше критической плотности, а это означало, что омега меньше 1, причем существенно.

Теперь получалось, что количества массы во Вселенной недостаточно, чтобы остановить расширение, но достаточно количества массы и энергии. По Эйнштейну, масса и энергия эквивалентны, так что, несмотря на то что масса, будь она в форме обычной или темной материи, оказывается в недостаточном количестве для достижения критической плотности, ее может дополнить энергия, вызывающая ускорение. Плотность массы составляет около 40 %, плотность энергии – около 60 %. Вот вам 100 % или омега = 1. Во Вселенной действительно низкая плотность материи. Вселенная и правда плоская.

Космология сделала гигантский шаг вперед за 70 с небольшим лет. Еще в 1920 году шли споры о том, есть ли другие «островные вселенные» за пределами Млечного Пути. Сейчас тогдашние споры кажутся смехотворными. Но что получается теперь? Расширяющаяся Вселенная полна материи, влекущей другую материю силой притяжения. Расширение ускоряется, поэтому влияние силы тяжести подавляет что-то еще, и это не обычная материя, и не темная.

Астрономы воспринимали лямбду-член просто как один из символов в уравнении. Она может равняться нулю, а может и не равняться. Если вы верите в полезность сверхновых типа Ia для космологии и если уверены, что проверили все полученные результаты, то вы принимаете ее значение. Брайан Шмидт понимал последствия положительной лямбды для инфляционной теории, а Адам Рисс не понимал. Для ученых, занимающихся физикой частиц, положительная лямбда создавала новую проблему. Для них это не было какое-то число, это было свойство космоса. А космос с точки зрения физики частиц – это не пустота, это фантасмагория виртуальных частиц, которые постоянно появляются и исчезают. Частицы не только существуют, но и обладают энергией, как показали эксперименты. А энергия взаимодействует с гравитацией.

Хендрик Казимир, голландский физик (1909–2000)

И тут мы уже имеем дело с так называемым эффектом Казимира, названным в честь голландского физика, предсказавшего это явление в 1948 году, в дальнейшем оно было подтверждено экспериментально. Это эффект, заключающийся во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых флуктуаций в вакууме. Причиной эффекта Казимира являются энергетические колебания физического вакуума из-за постоянного рождения и исчезновения в нем виртуальных частиц.

Так что сама по себе положительная энергия не была ничем удивительным. Теоретики даже говорили о двух формах энергии вакуума. Одна форма постоянна в пространстве и времени и называется космологической постоянной. Другая будет варьироваться в пространстве и времени, и ее назвали квинтэссенцией. Физики стали говорить астрономам, что лямбда и космологическая постоянная не идентичны, а астрономы использовали их как взаимозаменяемые понятия. Физики стали предлагать новые термины. На конференции в «Фермилаб» в мае 1998 года было предложено «забавная энергия» (funny energy), причем слово funny имеет в английском языке еще одно значение – «подозрительный, нечистый». Это название не прижилось, а следующее, «темная энергия» (dark energy), преднамеренно намекающее на связь и схожесть с темной материей, закрепилось.

Проблема заключалась в том, что плотность энергии во Вселенной после изучения сверхновых получалась очень разной. Квантовая механика предсказывала значение гораздо больше (во многие разы!), чем измеряли астрономы. Причем разница была слишком большой даже для космологии, как шутили ученые. Под влиянием такой невероятно большой плотности энергии космос растягивался уж слишком сильно – вы не смогли бы увидеть кончик своего носа. Да и Вселенной при таких значениях, похоже, не было бы – ни для вас, ни для кончика вашего носа. Всех устраивало значение лямбды 0,6 или 0,7 от критической плотности, вычисленное астрономами. Поэтому специалисты по физике частиц решили, что в будущем найдется математик, который эту проблему каким-то образом решит, и кто-то догадается, как частицы аннигилируют друг друга в нужной пропорции, чтобы получился результат: лямбда = 0.