НаверхВселенная смеётся над нами: 95% реальности остаются неразгаданными
Тёмная энергия: невидимая доминанта Вселенной. Как она влияет на судьбу космоса и что о ней известно науке?
Когда была открыта тёмная энергия — это стало настоящим сюрпризом для всех, в том числе и для тех, кто над ним работал. Когда это произошло в 1998 году, астрономы, первыми столкнувшиеся с такими удивительными данными, не могли поверить своим глазам. И всё же результаты не оставляли сомнений.
Скорость расширения Вселенной не была постоянной; напротив, в течение некоторого времени она значительно увеличивалась. Всё удалялось друг от друга во всё более бешеном ритме.
То, что видели учёные, противоречило их ожиданиям; идея об ускоренном расширении Вселенной была нелогичной. Все ожидали, что гравитационное притяжение будет постепенно снижать скорость расширения пространства-времени, но происходило прямо противоположное.
В течение многих лет различные группы учёных пытались понять, реальны ли данные, на которые они указывали, или же в измерениях были допущены ошибки. В конце концов они согласились с фактами. Не было никаких сомнений в том, что наблюдалось новое природное явление, каким бы неожиданным оно ни было. В конце концов даже Шведская королевская академия наук в Стокгольме признала важность работы Сола Перлмуттера, Брайана Шмидта и Адама Рисса, трёх астрономов, которые провели первые исследования, и наградила их за это открытие Нобелевской премией 2011 года.
С самого начала, в попытке объяснить это странное явление, было придумано выражение «тёмная энергия», указывающее на полное незнание механизма, который его порождает: абсолютно неизвестная форма энергии, которая, по-видимому, отталкивает всё от всего и увеличивается по мере роста Вселенной.
Некоторые представляли себе своего рода антигравитацию — крайне странное поведение гравитации, при котором она из притягивающей, как мы её знаем, превращается в отталкивающую на больших расстояниях. Другие представляли себе своего рода энергию вакуума, положительную энергию, которая создаёт своего рода отрицательное давление, тем самым подталкивая всё к расширению.
Идея о том, что пустота содержит положительную энергию, которая заставляет её расширяться, возникла много лет назад. И Альберт Эйнштейн был первым, кто её выдвинул. Чтобы сделать Вселенную статичной, то есть уравновесить действие гравитации, которая в одиночку рано или поздно привела бы к тому, что всё сжалось бы в одну точку, Эйнштейн вручную, то есть произвольно, добавил в свои уравнения положительную константу, названную «космологической постоянной». Эта классификация помогла установить баланс: расширение Вселенной компенсировало гравитацию и делало её стабильной.
Позже, когда выяснилось, что всё началось с бурного взрыва и что галактики до сих пор удаляются друг от друга, Эйнштейн пожалел о своём выборе и даже назвал его одной из худших ошибок в своей жизни. На самом деле, если Вселенная возникла из сверхплотной и сверхгорячей сингулярности, то для достижения равновесия не требовалось дополнительного импульса к расширению. Любопытно, что никто, и в первую очередь Эйнштейн, не мог предсказать, что к концу XX века открытия Перлмуттера, Шмидта и Рисса вернут его космологическую постоянную в моду. И, похоже, природа всегда будет доказывать правоту Эйнштейна, даже когда великий учёный убеждён, что он явно ошибается.
В этом случае ценную информацию о наличии и распределении тёмной энергии можно получить, проанализировав мельчайшие неоднородности в космическом фоновом излучении и эффекты гравитационного линзирования, создаваемые галактиками и скоплениями галактик. Любопытно, что именно свет позволяет нам заглянуть в эту тёмную сторону космоса.
Тёмная энергия распределена в космосе очень однородно. Она ведёт себя совершенно иначе, чем материя, будь то обычная материя или тёмная материя. Эти последние материальные субстанции имеют сетчатое распределение с узлами высокой плотности и нитями, чередующимися с обширными пустыми пространствами. Тёмная энергия, напротив, равномерно распределена в пространстве и, кажется, вполне счастливо занимает весь объём Вселенной, оказывая на всё отталкивающее воздействие.
Пытаясь понять происхождение этой загадочной формы энергии, учёные выяснили, одинакова ли скорость расширения в разные периоды времени для всех областей Вселенной. Они также поняли, что это явление стало доминирующим только в последние миллиарды лет. В течение длительного периода времени Вселенная расширялась совсем не так, как сейчас.
Были проверены различные гипотезы, в том числе идея о том, что мы имеем дело с новой фундаментальной силой, аномальным поведением гравитации или даже с наличием в ткани пространства-времени особых структур, подобных дефектам в её упорядоченном строении. Но пока никому не удалось понять, что вызывает это странное явление, и объяснение тёмной энергии остаётся одной из самых сложных задач современной науки.
Хотя тайна происхождения тёмной энергии до сих пор не раскрыта, точные измерения того, как влияет тёмная энергия на геометрию Вселенной и пространственные флуктуации плотности материи позволили количественно оценить долю этого компонента в материальном составе Вселенной.
Результат ошеломляет: тёмная энергия составляет около 68% от общей массы. Примерно две трети Вселенной состоит из этого самого загадочного компонента. Подсчитав вклад тёмной энергии, мы получаем откровенно обескураживающий результат. Несмотря на значительный прогресс современной науки, мы вынуждены признать, что ничего не знаем о 95% всего, что нас окружает.
