SETI: Поиск Внеземного Разума

В ньютоновской теории тяготения сила тяготения пропорциональна плотности вещества ρ_вещ . В релятивистской теории тяготения (общей теории относительности) для любого вида физической материи сила тяготения пропорциональна величине ρ_эф = ρ + 3р/с^г, где ρ — плотность материи, а р — давление. В обычных условиях, с которыми мы сталкиваемся в физике и астрофизике, второе слагаемое очень мало по сравнению с первым. Так например, даже в центре Солнца, где давление очень высоко, второе слагаемое составляет 10^-5 от первого. Если взять Вселенную в целом, то для нее в современную эпоху можно с большой степенью точности положить р = 0, ρ_эф = ρ = ρ_вещ .[141] Тяготение определяется плотностью вещества. В дорекомбинационную эпоху (эра излучения) ρ_вещ = 0, ρ

_эф = 3р/с² , здесь р — давление излучения. Уравнение состояния для излучения имеет вид p = (1/3) ε_изл = (1/3) ρ_изл с². Следовательно, ρ_эф= ρ_изл

. Тяготение определяется плотностью излучения. Но для вакуума р = —ρ_вак с² , следовательно, ρ_эф = —2ρ_вак . Эффективная плотность оказывается отрицательной! Это означает, что сила тяготения вакуума, по сравнению с обычной материей, меняет знак.

Если для обычной материи мы имеем гравитационное притяжение, то в вакууме возникают сипы гравитационного отталкивания. Это и есть те самые космологические силы отталкивания, которые

Эйнштейн ввел в свои уравнения с помощью Λ-члена (см. п. 2.2.1). Оказывается, он не зря это сделал! Для того чтобы силы гравитационного отталкивания существенно превышали силы притяжения, необходимо выполнение условия ρ_вак >> ρ, где ρ — плотность обычной материи. Состояние материи, для которого выполняется это условие, называется вакуумно-подобным.

Теперь мы можем вернуться к нашей Вселенной. В очень ранней Вселенной, в момент близкий к планковскому времени t_пл = 3 • 10

^-44 с, при температуре Т = Т_пл = 10³² К и плотности равной ρ_пл = 10⁹⁴ г/см³ материя находилась в вакуумно-подобном состоянии. В этом состоянии сила гравитационного отталкивания вакуума намного превышала силу притяжения обычной материи. Она-то и послужила причиной Взрыва, создала тот Начальный Импульс, под действием которого Вселенная начала расширяться. Когда этот импульс исчерпался, расширение продолжалось по инерции.

В фридмановской космологии, которая справедлива для обычной материи, плотность при расширении уменьшается. Это вполне естественно и понятно. Поразительное свойство вакуума состоит в том, что его плотность остается постоянной[142]. Соответственно, не меняется со временем при расширении и сила отталкивания, действующая на фиксированном расстоянии. В этих условиях любые две частицы движутся друг относительно друга с нарастающей скоростью, и расстояние между ними изменяется по экспоненциальному закону[143]:

r

(t) = r₀e^bt; b ≈ 1/t_пл = 3 • 10⁴³.

Такой закон расширения соответствует модели де Ситтера. Размер Вселенной увеличивается очень быстро. Этот процесс получил название раздувание (или инфляция), а модель, описывающая расширение Вселенной под действием гравитационных сил вакуума, получила название инфляционной. Инфляционная модель, по существу, является моделью де Ситтера. Только длится эта стадия не до современного момента и дольше, как полагал Ситтер, а заканчивается значительно раньше.