Что такое космологическая постоянная?
Космологическая постоянная, по-видимому, представляет собой загадочную форму материи или энергии, которая действует против гравитации и рассматривается многими физиками как эквивалент темной энергии. Никто точно не знает, что такое космологическая постоянная, но она требуется в космологических уравнениях, чтобы согласовать теорию с нашими наблюдениями за Вселенной.
Кто придумал космологическую постоянную?
Альберт Эйнштейн, известный немецко-американский физик, предложил космологическую постоянную, которую он называется «универсальной постоянной», в 1915 году как средство уравновесить некоторые вычисления в его общей теории относительности. В то время физики считали, что Вселенная статична – не расширяется и не сжимается, – но работа Эйнштейна предполагала, что гравитация заставит ее делать то или другое. Итак, чтобы согласоваться с научным консенсусом, Эйнштейн ввел в свои результаты ложный фактор, обозначенный греческой буквой лямбда, который удерживал космос в неподвижности.
Однако чуть более десяти лет спустя американский астроном Эдвин Хаббл заметил, что галактики фактически удаляются от нас, указывая на то, что Вселенная расширяется. Эйнштейн назвал лямбду своей «величайшей ошибкой».
По теме: «Самый большой промах Эйнштейна», возможно, наконец-то исправили
Наблюдения Хаббла отрицали необходимость в космологической постоянной на десятилетия, но это изменилось, когда астрономы, исследующие далекие сверхновые звезды в конце 1990-х годов, обнаружили, что космос не только расширяется, но и ускоряется в своем расширении. Они назвали загадочную силу антигравитации, необходимую для объяснения этого явления, «темной энергией».
В 1920-х годах русский физик Александр Фридман разработал уравнение, которое теперь называется уравнением Фридмана, которое описывает свойства Вселенной с момента Большого взрыва и далее, согласно онлайн-руководству от Государственный университет Джорджии.
Удалив лямбду Эйнштейна и включив ее в уравнения Фридмана, исследователи смогли правильно смоделировать космос, то есть с ускоряющейся скоростью расширения. Эта версия уравнения Фридмана теперь составляет основу современной космологической теории, известной как ΛCDM (Lambda CDM, где CDM обозначает холодную темную материю) и учитывает все известные компоненты реальности.
Итак, что же это за магическое число?
Однако никто по-настоящему не понимает, что такое лямбда. Большинство физиков считают его взаимозаменяемым с концепцией темной энергии, но это не проясняет ситуацию, потому что темная энергия – это просто заполнитель, описывающий некое неизвестное антигравитационное вещество. Итак, мы по сути вернулись к использованию фактора выдумки Эйнштейна.
Одно из возможных объяснений космологической постоянной лежит в области современной физики элементарных частиц. Эксперименты подтвердили, что пустое пространство пронизано бесчисленными виртуальными частицами, которые постоянно появляются и исчезают. Это непрекращающееся действие создает так называемую «энергию вакуума» или силу, возникающую из пустого пространства, присущую ткани пространства-времени, которая может разогнать вселенную.
На этом рисунке показана карта скорости расширения Вселенной в разных направлениях. Карта дана в галактических координатах, а центр обращен к центру нашей галактики. Черный и фиолетовый цвета показывают направления наименьших скоростей расширения (постоянная Хаббла); желтый и красный показывают направления наибольшего расширения. (Изображение предоставлено: Боннский университет / К. Мигкас и др.)
Но связать энергию вакуума с космологической постоянной непросто. Основываясь на своих наблюдениях сверхновых звезд, астрономы подсчитали, что темная энергия должна иметь небольшое и умеренное значение, ровно столько, чтобы разнести все во Вселенной на части за миллиарды лет.
Тем не менее, когда ученые пытаются рассчитать количество энергии, которое должно возникнуть в результате движения виртуальной частицы, они получают результат, который на 120 порядков больше, чем предполагают данные о сверхновых.
Чтобы усугубить загадку, некоторые исследователи предположили, что космологическая постоянная может вообще не быть постоянной, а скорее изменяется или колеблется со временем. Эта теория называется квинтэссенцией, и некоторые проекты, такие как Обзор темной энергии, в настоящее время проводят точные наблюдения, чтобы увидеть, есть ли у него какие-либо наблюдения.
Тем временем космологи продолжат использовать лямбда. Они могут не знать, что это такое, но они знают, что им это нужно, чтобы вселенная имела смысл.
Дополнительные ресурсы:
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
