Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

Что же касается ускоренного расширения Вселенной, то этого практически никто не ожидал. Этот факт резко изменял наши представления о мире. И действительно: если до этого продолжались дискуссии, может ли Вселенная притормозить свое расширение и начать сжатие, конечна Вселенная или нет, факт ускоренного расширения сразу дал окончательные ответы на эти вопросы. Стало ясно, что гравитация никогда не победит и расширение ­будет вечным и бесконечным. Расстояния между галактиками будет вечно увеличиваться, и даже те соседние галактики, которые видны друг другу, со временем станут недоступными для взаимных наблюдений. Впрочем, это произойдет не скоро, если это кого-то может утешить.

Со всей остротой встал вопрос: что заставляет Вселенную расширяться с ускорением? Что это за сила? Эта неизвестная доселе сущность получила название темная энергия, которое с удовольствием подхватили журналисты. Предположения о возможной природе темной энергии появились сразу. Были использованы многочисленные наработки концепции инфляции.

Какова основная идея инфляции? В основе лежит гипотетическое поле инфлатон, которое обеспечило экспоненциальное расширение, развертывание, раздувание крошечного фрагмента пространства-времени, содержащего это поле. Раздувание произошло благодаря энергии самого поля. Применяя другой набор терминов, мы говорили, что инфляцию обес­печил крошечный пузырек физического вакуума, содержащий в себе гигантскую энергию. Этот пузырек стремительно расширялся из-за собственного внутреннего натяжения. Поскольку высокоэнергичный вакуум нестабилен, он вскоре неизбежно перешел в другое состояние. Энергия, принадлежавшая высокоэнергичному вакууму, превратилась в другие типы материи: в частицы вещества и темной материи, обладающие гравитацией, а также в энергичное электромагнитное излучение при очень высокой температуре.

Этот переход мы называем Большим взрывом. Важно, что высокоэнергичный вакуум, растратив свою энергию на создание вещества и излучения, перешел в состояние так называемого истинного вакуума, который (вероятно) наполняет Вселенную сейчас. Согласно теории Большого взрыва, современный вакуум должен содержать либо нулевую либо пренебрежимо малую энергию.

Однако факт ускоренного расширения Вселенной говорит, что это не совсем так. Даже после Большого взрыва сегодняшний вакуум содержит в себе ненулевую энергию, и, возможно, именно она и проявляет себя в ускорении расширения нашего мира.

Такой вакуум мы называем сегодня физическим вакуумом, чтобы подчеркнуть, что это не просто пустота. Какими же свойствами обладает таинственная темная энергия или, как предполагается, физический вакуум?

В рамках идеи о физическом вакууме получается, что это и есть та самая космологическая постоянная, которую сначала предложил, а потом отменил Эйнштейн. Согласно этой концепции, темная энергия в виде физического вакуума находится везде. Она есть в любой точке нашего пространства-времени. Она в кабинете автора этой книги и в комнате, где находится читатель. Она не замечает нашего присутствия, она не вытесняется, подобно воде, если в комнату кто-то вошел. Возьмем ли мы кубический метр межгалактического пространства внутри войда, где, скорее всего, можно обнаружить всего лишь считаные элементарные частицы, либо кубический метр пространства в недрах нейтронной звезды, где вещество сжато до чудовищной плотности, — физический вакуум всюду один и тот же, его плотность всюду одинакова и не меняется никогда. Это среда, заполняющая все пространство-время нашей Вселенной. Он не реагирует на изменения скорости вещественных объектов в этой среде. Летя на звездолете либо сидя у себя дома на Земле, наблю­датель обнаружит одну и ту же неизменную плотность этой загадочной среды. Вакуум всегда и везде одинаков.

Физический вакуум заполняет все пространство-время нашей Вселенной. Его плотность неизменна и не зависит от плотности содержащегося в этом же объеме вещества.

Как он себя проявляет? Можем ли мы как-то почувствовать его существование? В рамках этой концепции мы уже его чувствуем. Сто лет назад де Ситтер анализировал, что будет со Вселенной, если из нее исчезнет все вещество, но останется только среда, подобная физическому вакууму. Возможно, именно эта среда описана Эйнштейном как космологическая постоянная. Согласно модели де Ситтера, в такой Вселенной должна возникать сила натяжения, которая проявляет себя как отрицательное давление, обладающее отталкивающей силой. Если ввести в такую Вселенную два пробных тела (например, две далеких галактики), они станут отталкиваться, причем сила отталкивания должна нарастать пропорционально расстоянию между ними. Чем больше расстояние, тем сильнее отталкивание.