Темная сила

По мнению американских космологов, энергия, позволяющая Вселенной расширяться, в конце концов приведет к ее сжатию

ДОСКРИПЛЮ СВОЕ, А ТАМ - ТЬМА

Открытия в области астрономии и астрофизики часто ведут к пессимистическим выводам. Когда было установлено, что Вселенная расширяется с постоянно растущей скоростью, будущее Млечного Пути показалось многим ученым отнюдь не светлым, а напротив – темным и одиноким. Ведь со временем все галактики должны будут удалиться друг от друга за пределы видимости. А значит, Млечный Путь через миллиарды лет станет изолированным островком, дрейфующим в черной пустоте.
Недавние исследования космологов из Стэнфордского университета Андрея Линде и Ренаты Каллош позволили им нарисовать еще более мрачную картину будущего мироздания. Обосновав с помощью недавних открытий теорию «большого хруста» (big crunch), ученые предположили, что пространство в конце концов прекратит расширяться. Через 10-20 миллиардов лет во Вселенной создадутся условия для того, чтобы некогда бескрайний космос сжался до размеров протона. Именно на эту тему Линде (в недавнем прошлом - наш соотечественник и сотрудник Физического института имени П.Н.Лебедева РАН, награжден медалью Пола Дирака) - и его супруга Рената Каллош провели исследования.

НЕ ОТРЕКАЮТСЯ, ЛЮБЯ

Теория «большого хруста» берет начало во времена Альберта Эйнштейна. В первые десятилетия прошлого века он, как и большинство других физиков, считал, что Вселенная статична. И это при том, что уравнения, которые он использовал для обоснования общей теории относительности, опубликованной в 1917 году, учитывали способность пространства расширяться или сужаться. Чтобы гарантировать статичность Вселенной – по крайней мере, на бумаге, - Эйнштейн вставил в свои уравнения особый элемент - «космологическую константу».
Эта константа могла быть представлена неким видом невидимой энергии, которая существует в вакууме - пустом пространстве и при этом достаточно велика, чтобы противостоять гравитации. Без этой таинственной энергии вакуума Вселенная, согласно общей теории относительности, попросту не могла бы существовать.
В двадцатые годы ХХ века Эдвин Хаббл и его коллеги впервые показали, что галактики не статичны, а убегают друг от друга. Узнав об этом, Эйнштейн счел, что больше не нуждается в факторе антигравитации и выбросил из своих уравнений космологическую константу. И тем не менее, он до конца жизни сохранял интерес к этой теме и любил порассуждать о таинственной энергии, существование которой при нем так и не было доказано.

СИЛА СИЛЕ НЕ РОВНЯ

В конце 90-х две независимые группы астрономов открыли, что Вселенная не просто расширяется, но делает это с постоянно растущей скоростью. Их вывод был основан на наблюдениях сверхновых: они двигались со скоростью, намного превосходившей ранее предсказанное гравитационное притяжение материи.
Что же за сила победила гравитацию и заставила космические объекты Вселенной «разбегаться» с ускорением? По-видимому, как раз ее Эйнштейн и обозначил в виде космологической константы. Через 80 лет таинственное явление природы назвали "темной энергией". Астрономические наблюдения, проведенные в течение четырех лет позволили ученым придти к выводу, что примерно 30 процентов Вселенной состоит из материи, а 70 – из темной энергии.
Вскоре была выдвинута гипотеза о том, что темная энергия будет продолжать побеждать гравитацию, а Вселенная – разбегаться. Эта теория основана на допущении, что общая плотность темной энергии во Вселенной больше нуля, и останется такой навсегда.
То, что плотность темной энергии должна выражаться в положительных числах, на первый взгляд кажется вполне логичным. Однако в течение последнего года, многие ученые убедились, что этот вывод не позволяет объяснить природу и происхождение темной энергии в рамках современных теорий физики элементарных частиц. Пытаясь описать темную энергию, исследователи все чаще приходят к выводу, что ее плотность в конце концов может стать отрицательной, в результате чего Вселенная утратит стабильность структуры, а затем начнет сжиматься.
Модель Линде-Каллош позволяет предположить, что коллапс космического пространства начнется примерно через 10-20 миллиардов лет. А значит, «смерть» Вселенной наступит примерно через столько же времени, сколько прошло с момента ее возникновения.
По словам Линде, физики давно догадывались, что темная энергия может стать отрицательной, а значит, в отдаленном будущем – скажем, через триллион лет, - Вселенная может начать сжиматься. Однако потрясением для него и Каллош стало то, что мы находимся в середине жизненного цикла Вселенной.
Впрочем, как пишут ученые, «у нас еще достаточно времени, чтобы узнать, действительно ли это случится».

СПЛОШНОЕ НАДУВАТЕЛЬСТВО?

Ответить на этот вопрос может помочь поддерживаемая многими физиками теория расширения (inflationary cosmology). Она утверждает, что Вселенная началась не с Большого взрыва вещества, а с необычайно быстрого раздувания пространства. Согласно этой теории, что, что мы называем Вселенной, - в действительности небольшая ее часть.
- Вселенная - не пузырь, а мыльная пена, непрерывно производящая новые пузыри, - объясняет Линде. – А мы живем в крохотной части одного из пузырей и считаем его Вселенной.
По словам Линде, «малая» Вселенная умрет, а «большая» - может быть, будет существовать вечно.
- Люди хотят знать свое место во Вселенной, как оно было создано и как будет уничтожено. Я постараюсь ответить им на этот вопрос, поскольку именно на это трачу деньги налогоплательщиков, - объясняет Линде. – Смотреть в будущее нелегко, но если это возможно, мы не должны упустить ни единого шанса.