Ускоренное расширение Вселенной: новая гипотеза

Как сообщает New Scientist, новая теория позволяет объяснить феномен ускоренного расширения Вселенной без привлечения гипотезы о наличии таинственной «темно Долгое время после открытия Эдвином Хабблом (Edwin Hubble) в 1929 г. расширения Вселенной считалось, что оно всегда происходит по линейному закону. Однако в 1998 г. наблюдения удаленных сверхновых типа Iа после уточнения расстояний до них показали, что расширение Вселенной происходит с ускорением. Теоретическое объяснение этого явления возможно или путем введения положительной космологической постоянной в теории общей относительности Эйнштейна, или за счет предположения о наличии субстанции неизвестной природы («темной энергии» или «квинтэссенции»), изначально присущей пространству как таковому и дающей максимальный вклад в современную плотность энергии Вселенной (около 70%). Если принять последнюю гипотезу, остальные 25% Вселенной составляет еще одна таинственная форма вещества — «темная материя», и только 5% остается для знакомых нам со школьной скамьи протонов, электронов, нейтронов, нейтрино, кварков, из которых, как нам казалось раньше, и состоит Вселенная. В последнее время появились многочисленные сообщения об интерпретации новых наблюдений именно с этой точки зрения.

Однако в работе интернационального коллектива физиков из США, Канады и Италии, направленной в журнал Physical Review Letters, предлагается оригинальное решение этой загадки, снимающее необходимость в гипотезах о таинственных свойствах материи вообще. «Я согласен, что гипотезы такого рода чрезвычайно привлекательны для человеческого воображения, — говорит один из авторов статьи Антонио Риотто (Antonio Riotto) из итальянского Национального института ядерной физики. — Но учтите, что даже самые современные теоретические разработки физики, как, например, теория суперсимметрии или струнная теория квантовой гравитации, не способны объяснить наличие этой „темной энергии“ в тех количествах, которые бы соответствовали наблюдениям. Несовместимость этого требования с общепринятыми законами природы породила массу сопутствующих экзотических гипотез о существовании новых сил, новых измерений пространства-времени, новых сверхлегких элементарных частиц. Мы же не вводим никаких новых сущностей во Вселенную и предлагаем объяснение в рамках одного из вариантов стандартной теории Большого Взрыва — а именно инфляционной (раздувающейся) модели Вселенной, предложенной еще в 1981 году».

Стандартная космологическая модель хорошо описывает всю совокупность данных наблюдений, однако некоторые свойства современной Вселенной оставляет без объяснения — например, отсутствие крупномасштабной неоднородности и изотропию Вселенной, или её характерную структуру в виде галактик и их скоплений. Модель инфляционной Вселенной позволяет избежать этих недостатков. Она предполагает, что на раннем этапе Вселенная расширялась не по степенному, а по экспоненциальному закону. Эту стадию расширения называют инфляционной потому, что на ней масштабный фактор и вместе с ним физическое расстояние между любой парой точек увеличивается, а плотность энергии пространства остаётся постоянной. Такое необычное поведение оказывается возможным лишь при таких состояниях физических полей, которые соответствуют отрицательному давлению. Иными словами, на протяжении короткой инфляционной фазы само пространство расширяется быстрее скорости света. А это приводит к квантовым флуктуациям, порождающим пространственно-временные волны, предсказанные еще Эйнштейном. На последующих стадиях эволюции они как бы «раздуваются», заполняя собой всю так называемую «глобальную» Вселенную, размеры которой намного больше видимой ее части.

"Мы поняли, что достаточно ввести в общую теорию относительности этот ключевой элемент — гравитационную рябь на ранних стадиях — чтобы объяснить наблюдаемое ускорение расширения Вселенной, — говорит г-н Риотто. — И нет никакой необходимости изобретать таинственные фантомы типа «темной энергии».

Руководитель группы Эдвард Колб (Edward Kolb) из Национальной лаборатории ускорителей элементарных частиц в Батавии, штат Иллинойс, образно объясняет это следующим образом. «Представьте себе, что вы находитесь на корабле в открытом океане, а вокруг вас туман. Покачиваясь вверх и вниз, вы ощущаете воздействие волн с очень большим периодом, но поверхность моря кажется вам плоской, самих волн вы не видите». Пространственно-временная рябь, образовавшаяся на инфляционной стадии, со временем превращается в гигантские гравитационные волны, пронизывающие Вселенную. Они невидимы в непосредственной близости из-за уменьшения плотности материи, но ощущаются как ускорение при наблюдении наиболее удаленных областей вблизи космического горизонта. Проверка же новой теории — дело будущего.