Популярно, що таке темна енергія

Як усім відомо, Всесвіт постійно розширюється. Але багато хто і не здогадується про те, що процес все прискорюється, і що у фізиків немає осудного пояснення цьому явищу. Група теоретиків припустила, що у справі замішана загадкова «темна енергія», і зараз ми в доступній формі розповімо вам про те, що це таке.

Протягом майже двох десятиліть астрономам відомо, що розширення Всесвіту прискорюється, немов би таємнича «темна енергія» роздуває її зсередини, як повітряну кулю. Ця енергія на сьогоднішній день залишається однією з найбільших таємниць у фізиці. Зараз тріо теоретиків стверджує, що темна енергія виникає з дивовижного джерела. Як би моторошно це не звучало, але, на їхню думку, це йде врозріз з тими основами фізики, що кожен дізнався ще в школі: кількість загальної енергії у Всесвіті не є фіксованою і незмінною, вона може поступово зникати.

На думку вчених, темна енергія може бути особливим полем, трохи схожим на електричний, який заповнює простір. З іншого боку, вона може бути частиною самого космосу, яка називається космологічна постійна (інакше лямбда-член). Другий сценарій виглядає як насмішка над теорією відносності Ейнштейна, яка стверджує, що гравітація виникає, коли маса і енергія викривляють простір і час. Насправді, космологічна постійна - це теж винахід Ейнштейна, і він винайшов її буквально шляхом додавання константи в свої рівняння, щоб пояснити, як всесвіт опирається руйнуванню під впливом власної гравітації. Однак він відмовився від цієї ідеї, коли в 1920-х роках астрономи виявили, що Всесвіт не статичний, а розширюється, немов він народився в результаті вибуху.

При більш пильному спостереженні стало зрозуміло, що розширення Всесвіту прискорюється, і космологічна постійна знову повернулася. В рамках квантової механіки вона, втім, стає куди хитрішою. Квантова механіка передбачає, що і сам вакуум повинен непомітно коливатися. У загальній теорії відносності, подібні крихітні квантові флуктуації і виробляють енергію, яка буде служити як космологічна постійна. Тим не менш, при інших рівних вона повинна бути на 120 порядків більше, щоб знищити Всесвіт. Так що пояснення того, чому космологічна постійна хоч і існує, але у вельми скромному вигляді, є для фізиків великою загадкою. Коли в ній ще не було необхідності, фізики просто припускали, що деякий, поки ще невідомий ефект просто зводить її до нуля.

Зараз же Тібо Джозет і Алехандро Перес з Університету Екс-Марсель у Франції і Даніель Сударські з Національного автономного університету Мексики в Мехіко стверджують, що вони знайшли спосіб вивести розумну величину для космологічної постійної. Вони почали з варіанту загальної теорії відносності, яку винайшов сам Ейнштейн і яка зветься вгамовною гравітацією. Загальна теорія відносності передбачає математичну симетрію, загальну підступність, з якої випливає, що незалежно від того, як ви визначите позицію координати в просторі і часі, теоретичне передбачення залишиться незмінним. Ця симетрія вимагає збереження енергії та імпульсу. Вгамовна гравітація має більш обмежену версію цієї математичної симетрії.

Ця система відтворює більшу частину припущень загальної теорії відносності. Проте, згідно з нею квантові флуктуації вакууму не створюють гравітацію або впливають на космологічну постійну (яка, в кінцевому підсумку, просто математична постійна, і її значення може бути будь-яким). Але за це доводиться платити: внімодулярної гравітації не потрібна енергія для збереження, тому теоретикам доводиться обмежувати її довільно.

Тріо вчених показало, що вгамовна гравітація, якщо прийняти її і дозволити порушити закон збереження енергії та імпульсу, фактично задає значення означеній постійній. Аргумент тут математичний, але за фактом навіть невелика частина енергії, що зникає у Всесвіті, залишає за собою слід у вигляді зміни космологічної постійної. «Темна енергія в нашій моделі це якраз результат того, яку кількість енергії та імпульсу було втрачено у Всесвіті за весь час її існування», - говорить Перес.

Щоб довести, що їх теорія розумна і застосовна до реальності, вчені розглянули два сценарії того, як порушення закону збереження енергії теоретично вплине на основоположні проблеми квантової механіки. Наприклад, теорія безперервної спонтанної локалізації (CSL) намагається пояснити, чому такі субатомні частинки, як наприклад електрони, можуть в буквальному сенсі бути в двох місцях одночасно, а такі великі об'єкти як машини або люди не можуть. CSL припускає, що подібні стану речовини спонтанно виникають і руйнуються в залежності, яка зростає зі збільшенням обсягу об'єкта, а значить великий об'єкт бути «почесним» в умовах Землі просто не може. Проти цієї теорії грає те, що вона не враховує збереження енергії. Однак теоретики показали, що сума порушень положення про збереження енергії якраз така, щоб дати космологічну константу потрібного розміру.

Проте, на думку деяких вчених теоретики просто граються з математикою. Вони як і раніше повинні припустити, що космологічна константа починається з деякої малої величини, але не пояснюють цей аспект. Тим не менш, у сучасній фізиці повно незрозумілих констант, наприклад заряд електрона або швидкість світла, так що це всього лише ще одна константа в довгому списку.