Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

Анализ наблюдений показал, при каком расстоянии сила отталкивания оказывается равной силе притяжения. Напомним, что, согласно теории инфляции, Вселенная стремительно раздулась до гигантских размеров, и когда произошел Большой взрыв, во всей Вселенной энергия высокоэнергичного вакуума превратилась в энергию вещества и излучения. Пространство продолжало расширяться, плотность вещества и излучения падала, крошечные флуктуации вещества привели к возникновению сначала протогалактик, а затем галактик, плотность которых на единицу объема продолжала падать. Но огромная гравитация галактик притормаживала расширение, и до определенного мо­мента Вселенная расширялась замедленно. В постоянной борьбе притяжения и отталкивания сначала побеждало притяжение.

Когда плотность вещества и излучения во Вселенной оказалась меньше плотности темной энергии (это произошло примерно 7–8 миллиардов лет назад), сила отталкивания победила, и победила окончательно. С этого времени Вселенная расширяется ускоренно.

На сегодняшний день определены вклады всех известных видов материи в плотность Вселенной. Получается следующее.

Плотность темной материи и привычного нам вещества составляет сейчас примерно 3×10⁻³⁰ г/см³. Это невероятно низкая плотность. Мы можем спросить: как же так? Есть огромные звезды с гигантской плотностью, эти звезды собраны в огромные галактики, где таких звезд — сотни миллиардов. Есть гигантские молекулярные облака, есть облака пыли между звездами. Ну а темной материи должно быть (как сказано выше) впятеро больше, чем обычного вещества. Откуда же такие низкие плотности?

Ответ кроется в гигантском ­объеме, в котором распределено вещество Вселенной. Расстояние между звездами внутри галактик огромно, расстояние между галактиками — тем более. Значительная часть пространства Вселенной — это пустота (точнее, почти пустота), где можно найти лишь отдельные частицы, мизерные по массе. Если же вспомнить огромные, совершенно пустые пространства войдов протяженностью в сотни миллионов световых лет, где нет ни звезд, ни планет, ни пыли, ни газа, то получается, что средняя плотность вещества во Вселенной чрезвычайно мала.

Барионная материя — это вещество в составе звезд, планет, астероидов, облаков газа и пыли, а также межгалактический газ.

Если же оценить среднюю плотность темной энергии (она, в отличие от плотности вещества, везде равна среднему значению во всей Вселенной и всюду одинакова), получается несколько больше: 7 × 10⁻³⁰ г/см³. Это соответствует плотности энергии, которую обеспечивают всего три атома водорода в кубическом метре. Кажется, что это очень мало. Но это существенно больше средней плотности обычного вещества во Вселенной!

Приведем современные (по состоянию на 2018 год, хотя, наверно, не окончательные) данные о том, что же содержится в нашей Вселенной:

Темная энергия — примерно 6,9×10⁻³⁰ г/см³, или 68,89 %.

Темная материя — примерно 2,6×10⁻³⁰ г/см³, или 26,07 %.

Барионная материя (вещество) — примерно 0,49×10⁻³⁰ г/см³, или 4,9 %.

Электромагнитное изучение плюс нейтрино — малые доли процента.

К этому поразительному выводу нужно добавить следующее. В последние десятилетия выяснилось, что мы серьезно недооценивали массу газа (преимущественно водорода) в межгалактическом пространстве. Это означает, что от общей плотности энергии во Вселенной, падающих на вещество, большая часть (4,5 % из 5 %) принадлежит межгалактическому газу, а привычная нам материя, из которой состоят звезды, планеты, астероиды, пыль, газопылевые облака внутри галактик, составляет не более 0,5 %.

Если взять воображаемый шар с радиусом, равным радиусу орбиты Луны (около 400 тысяч км), то внутри этого шара можно было бы обнаружить темную энергию, соответствующую массе 1,6 кг. На первый взгляд это немного. Но за счет гигантских областей Вселенной, где темная энергия есть, а обычного вещества нет, обеспечивается указанное процентное соотношение. Темная энергия сегодня превалирует во Вселенной, и это превалирование будет усиливаться: плотность обычного вещества будет только падать, тогда как плотность темной энергии всегда остается постоянной.

Итак, мир, который астрономы исследуют, начиная с древних греков, на протяжении последних двух с половиной тысяч лет, — это всего лишь полпроцента от всей энергии/массы, которая присутствует в наблюдаемой (а скорее всего, и не только наблюдаемой) части Вселенной!

Замечательный итог длительных исследований.

При этом получается, что недавно обнаруженные темная энергия и темная материя, составляющие в совокупности 95 % всего, что есть во Вселенной, нами совершенно не изучены.

Мы не знаем, что такое темная материя.

Мы не знаем, что такое темная энергия.