Pro темную материю

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.

Еще недавно движения галактик не имели смысла, пока не был сделан вывод о существовании темной материи. Светимость сверхновых не находила объяснений, пока не пришли к существованию темной энергии. Однако просто потому, что положительная лямбда решает много проблем, не означает, что она существует. С другой стороны, то, что положительная лямбда создает проблему, не означает, что ее не существует! Требовались дополнительные наблюдения, о чем в частности заявил Алекс Филиппенко в ответ на обвинения одного физика-теоретика в том, что астрономы-наблюдатели только зря тратят ценное время, используя, например, дорогой телескоп «Хаббл» – ведь нет теории, которая была бы совместима с не-нулевой энергией вакуума, причем как с малым значением лямбды, то есть от 0,6 до 0,7, как и полученным специалистами по физике частиц, превышающим его во много-много раз. В ответ на это Алекс Филиппенко и сказал, что он знает только, в какой конец телескопа нужно смотреть, а после дополнительных исследований астрономы или подтвердят свою теорию, или найдут, где ошиблись. Только наука, только новые наблюдения смогут подтвердить положительное значение лямбды.

Астрономы сделали то, что в таких случаях делают ученые. Они принялись доказывать, что эффекта не существует. Что они упустили, вызывающее такой эффект, – почему далекие сверхновые кажутся более тусклыми, чем должны?