100 великих загадок астрономии

Может быть, все дело в вакууме? Согласно квантовой теории, вакуум никогда не бывает пустым. В нем непрестанно рождаются и исчезают частицы. Многие ученые полагают, что энергия вакуума и есть темная энергия. Так, еще в середине 1960-х годов советский физик Э.Б. Глинер заметил, что гипотеза о космологической постоянной равнозначна предположению о том, что во Вселенной существует некая идеальная однородная «среда». Однако подобная среда и впрямь есть. Это – вакуум. «Но когда теоретики, – пишет Адам Рис, – попытались вычислить плотность энергии, связанной с квантовым вакуумом, то получили значение на 120 порядков выше необходимого». Пока неизвестно, чем объясняется такой чудовищный разрыв между теоретическими и опытными данными.

Удивляет и другое. Почему все-таки действие антигравитации проявилось так поздно? «Пусть мы не знаем пока, что такое темная энергия, мы убеждены в том, что, изучая ее, поймем, каким образом на ранней стадии Вселенной были взаимосвязаны фундаментальные силы и элементарные частицы, – подчеркивает Майкл Тернер. – Путь к этому пониманию лежит через телескопы, а не через ускорители».

Итак, в рамках общей теории относительности можно истолковать темную энергию как среду, испытывающую действие антигравитации. В квантовой теории она готова предстать в обличье вакуумной энергии. Есть и другие объяснения.

В 1998 году американские физики Пол Стейнхардт, Ричард Колдуэлл и Рауль Дэйв предположили, что за темной энергией скрывается не космологическая постоянная, а неизвестное пока квантовое поле, не описываемое Стандартной моделью физики. Оно пронизывает все пространство и вызывает непрестанное расширение Вселенной. Оно мало напоминает электрическое или магнитное поля и действует как антигравитационная сила. Стейнхардт и коллеги назвали его «квинтэссенцией», вспомнив одну из основ мироздания, придуманную Аристотелем в дополнение к уже известным четырем стихиям – огню, воде, земле и воздуху.

В этой гипотезе темная энергия меняется со временем. «Тогда она естественным образом может достичь своего нынешнего значения», – рассуждает Стейнхардт. Приняв подобную идею, можно не удивляться: «Почему так поздно?» Остается лишь опасаться, что со временем значение этой плотности снова изменится, и тогда Вселенная начнет ускоренно сжиматься, превращаясь из «бесконечности» в точку грядущего Большого взрыва.

Некоторые гипотезы звучат еще радикальнее. Авторы одних готовы упразднить темную энергию, авторы других меняют сам образ мира, то заставляя свет мчаться с какой угодно скоростью, то отрицая принцип однородности Вселенной. Возможно, космологические уравнения требуют уточнения. В таком случае, нельзя ли вообще обойтись без помощи темной энергии?

Темная энергия: все только иллюзия?

Новые размышления приводят к тревожным выводам. Возможно, темная энергия – это грандиозная ошибка? Космологи просто просчитались, пытаясь описать Вселенную? Быть может, мы живем в совершенно особом ее уголке и нам нельзя распространять полученные нами данные на все мироздание? Темная энергия – это иллюзия?

Это «еретическое» мнение некоторых исследователей взволновало научный мир.

Так, Эдвард Колб из Чикагского университета, Антонио Риотто из ЦЕРН и канадский физик Джон Моффат полагают, что плотность всей наблюдаемой нами части Вселенной ниже средней величины. Говоря иными словами, плотность той части Вселенной, что недоступна нашим телескопам, выше плотности видимой нами части мироздания. Возник этот перепад плотности благодаря космической инфляции, когда крохотные сгустки вещества в считаные доли секунды разрослись до вселенских размеров. Итак, та часть космоса, которую мы не видим, не расширяется ускоренно, зато создает своего рода тягу, и потому наша область космоса ускоренно расширяется.

Снимки сверхновых, сделанные космическим телескопом «Хаббл», позволили ученым предположить, что темная энергия является важной составляющей Вселенной

Что мы имеем в остатке? Темная энергия не нужна. Она существует, если справедлив важнейший космологический принцип: наша Вселенная однородна и изотропна. Только тогда можно описывать процессы, протекающие во Вселенной, и ее структуру с помощью общей теории относительности. Если мы отказываемся от этого принципа, то результаты наблюдений следует трактовать не так однозначно. В таком случае, темная энергия может оказаться фикцией космического масштаба.