«Величайшая ошибка» Альберта Эйнштейна – космологическая постоянная, введенная ученым для сохранения статичной картины мира, – в наши дни считается краеугольным камнем космологии. Как сообщает AI/ScienceDaily.com, эта устоявшаяся парадигма, возможно, близка к кризису. Фото: AI/ScienceDaily.com
Выбор гравитации в качестве отправной точки для описания Вселенной не случаен. Электромагнитные взаимодействия в крупномасштабной структуре в среднем нейтрализованы, а ядерные силы – как сильные, так и слабые – проявляются лишь на субатомных расстояниях, о чем в начале XX века еще никто не догадывался. Поэтому именно уравнения гравитации, сформулированные Альбертом Эйнштейном, стали ключом к пониманию динамики космоса.
В 1917 году, вскоре после создания общей теории относительности, Эйнштейн предпринял попытку применить свои уравнения к Вселенной в целом. Если представить совокупность всей материи как единый объект, законы теории должны были описать, как эта система ведет себя на протяжении времени. К удивлению физика, решение оказалось несовместимым с идеей вечной неизменности: уравнения предсказывали, что космос обязан расширяться либо сжиматься. Однако тогда господствовало убеждение в статичности мироздания, и Эйнштейн пошел на компромисс.
Он ввел в математический аппарат космологическую постоянную – величину, обозначаемую греческой буквой Лямбда и действующую как антигравитация, встроенная в само пространство-время. В зависимости от значения она может усиливать притяжение или создавать отталкивание. Подобрав подходящий параметр, Эйнштейн скомпенсировал гравитационное притяжение материи, получив устойчивую модель Вселенной.
Однако впоследствии Эдвин Хаббл обнаружил разбегание галактик, а теоретик Александр Фридман показал, что уравнения Эйнштейна без космологического члена допускают нестационарные решения, ставшие предтечей концепции Большого взрыва. Эйнштейн, осознав необязательность своей добавки, отказался от нее. Позже он признался другу, что введение этого члена было для него «изящным сюрпризом».
Ускоренное расширение и возвращение «ошибки»
В 1998 году две независимые группы астрономов пытались разрешить давний спор о количестве материи во Вселенной. Наблюдения давали противоречивые оценки: от почти нулевых до гораздо более высоких. Исследователи решили подойти к проблеме динамически: раз материя порождает гравитацию, она должна тормозить космическое расширение. Измерив величину замедления, можно было бы оценить суммарную массу.
Результат превзошел все ожидания: расширение не замедлялось, а, напротив, ускорялось. Даже с учетом малой плотности материи, зафиксированной в ту эпоху, этого вещества было недостаточно для объяснения наблюдений. Похоже, некий фактор подталкивает космос к ускоренному разлету.
Простейшая гипотеза упиралась в уже известную космологическую постоянную: постоянный фоновый эффект отталкивания, существующий даже в пустоте, мог обеспечить нужную динамику. Так «ошибка», от которой Эйнштейн отказался, снова стала главным объяснением новых данных.
В 1980–1990-х годах космологи разработали сложную структуру, названную стандартной моделью космологии. Это была консенсусная теория, признанная большинством физиков. Однако открытие ускоренного расширения показало, что эта модель не может быть полной. Ей на смену пришла новая парадигма, центральным элементом которой стала таинственная темная энергия – по сути, современная интерпретация лямбда-члена. Именно она остается лучшим на данный момент объяснением динамики Вселенной на самых больших масштабах.
момент описанием того, как развивалась Вселенная после Великого взрыва: космология LCDM.
Лямбда относится к космологической постоянной, которая также сохраняется как темная энергия. CDM означает холодную темную материю, тип материи, которая, как полагают, составляет большую часть массы почти в каждой галактике. Холодная темная мать — это отдельная история. Здесь в центре внимания Лямбда.
Удивительно успешная модель с проблемой
LCDM оказался чрезвычайно успешным. Это также является результатом лишь небольшого количества регулируемых параметров и небольшого количества предположений в рамках общей теории относительности.
Несмотря на такую простоту, модель может объяснить огромный диапазон исследований. В ней описана история расширения Вселенной, появление фонового развития, особенности БАО, рост галактики, развитие крупномасштабной космической структуры и многое другое.
LCDM стал одной из наиболее тщательно изученных и широко проверенных теорий во ВСЕЙ науке.
И это почти неверно.