Эйнштейн ошибался: неожиданный поворот в истории космологической постоянной

Исследования, проведенные с помощью прибора Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), показали, что космологическая постоянная, ранее считавшаяся неизменной, на самом деле эволюционирует на протяжении жизни Вселенной. Этот факт ставит под сомнение гипотезу о том, что источник "неизменной" величины связан с вакуумом.

Фото: unsplash.com by Greg Rakozy, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Ночное небо над озером Тони-Гроув

Современная космология базируется на уравнениях общей теории относительности Альберта Эйнштейна. При создании своей теории Эйнштейн заметил, что уравнения не позволяют существование статичной Вселенной. В то время ученые полагали, что Вселенная не изменяется. Чтобы обеспечить статичность, Эйнштейн добавил в уравнения лямбда-член, который призван был поддерживать эту статичность.

В 1924 году советский ученый-метеоролог Александр Фридман доказал, что Вселенная не является статичной, а расширяется. Эйнштейн сначала критиковал Фридмана, но вскоре признал свою ошибку и к началу 1930-х годов согласился с идеей расширения Вселенной. Он назвал лямбда-член своей самой большой ошибкой.

Однако в 1998 году наблюдения за далекими сверхновыми звездами показали, что Вселенная не только расширяется, но и делает это с ускорением. Это ускорение невозможно объяснить без учета лямбда-члена, но с другим значением. Эту величину теперь называют космологической постоянной.

Результаты работы коллаборации DESI привнесли новые факты в эту историю. Ученые проанализировали красное смещение более миллиона галактик и обнаружили, что с вероятностью в 3,5 сигмы лямбда-член в ранней Вселенной имел немного другие значения по сравнению с современными.

Наиболее популярная гипотеза среди физиков-инфляционистов заключалась в том, что космологическая постоянная связана с расталкивающим воздействием вакуума. Однако новые данные показывают, что лямбда-член может меняться, что ставит под сомнение эту гипотезу. Хотя результаты не достигли уровня значимости в пять сигм, они достаточно близки к этому, чтобы вызвать пересмотр теорий.

Теперь теоретическим физикам предстоит предложить новые объяснения темной энергии, которая вызывает ускоренное расширение Вселенной. Поскольку причиной этого явления не является вакуум, должны быть найдены другие объяснения. На текущем этапе развития физики существует множество теорий о темной энергии, и даже с новыми данными выбор между ними будет долгим процессом.

Физики-инфляционисты разработали сотни различных моделей Вселенной, в которых темная энергия не связана с вакуумом. Однако проверка или опровержение этих моделей на практике затруднено из-за их множественности и разнообразия предсказаний.

Альтернативный подход к проблеме представляет собой циклическую космологию, одну из современных версий которой предложил Николай Горькавый. В этой модели космологическая постоянная является переменной и обратно пропорциональна радиусу Вселенной. Таким образом, с расширением Вселенной ускорение ее расширения должно снижаться, что соответствует новым данным DESI.

Если эта модель верна, в будущем расширение Вселенной замедлится, а затем начнется обратное сжатие. Согласно расчетам, таких циклов расширения и сжатия было много, и их количество продолжит расти в будущем.

Уточнения

О́бщая тео́рия относи́тельности — общепринятая в настоящее время теория тяготения, описывающая тяготение как проявление геометрии пространства-времени. Предложена Альбертом Эйнштейном 25 ноября 1915 года.