Асимметричный ответ темной энергии

07.06.2010



Устройство Вселенной интересовало людей во все времена и продолжает интересовать сейчас, тем более что в настоящее время представления об устройстве Вселенной в очередной раз претерпевают значительные изменения. Старший научный сотрудник к.ф.-м.н. Физического института им. П.Н. Лебедева РАН Валерия Сирота комментирует доклад, с которым она выступила на одном из фиановских семинаров, и рассказывает о том, какой позиции придерживается в этом вопросе современная наука.

Человек шаг за шагом познает окружающий его мир. С тех пор как люди научились строить телескопы, запускать космические корабли и создавать орбитальные станции, они узнали много нового об устройстве Солнечной системы, Галактики, Вселенной. Одно из понятий, которые пришлось ввести для того, чтобы описать новые экспериментальные данные, - темная энергия. До сих пор нет точного ответа, что это за феномен, однако некоторое представление о его природе уже имеется. Один из сотрудников Физического института им.П.Н. Лебедева РАН (ФИАН), занимающихся этим вопросом, Валерия Сирота, поделилась своими соображениями на этот счет.

Всем известно, что далекие галактики разлетаются от нас. Это наблюдательный факт. Существует некоторый способ, с помощью которого можно измерить скорость удаления от нас какой-нибудь галактики. "Мы смотрим на галактику и видим, что она удаляется от нас c какой-то скоростью, смотрим на другую галактику, она удаляется или приближается к нам с другой скоростью. Оказывается, если нарисовать график: радиальная скорость, с которой к нам приближается или удаляется галактика, как функция расстояния до нее, то мы увидим в этом некую систему. Во-первых, почти все галактики от нас разлетаются, и практически нет галактик, которые летят к нам, только разве что пара совсем близких. Во-вторых, чем дальше галактика, тем быстрее она от нас улетает. Конечно, это не мы такие особенные. Просто так устроена Вселенная", - рассказывает Валерия Сирота.

Расширение или "раздувание" Вселенной в какой-то степени аналогично надуванию воздушного шарика. Представим себе резиновый шарик, на поверхности которого нарисованы точки - галактики. При надувании шарика все точки удаляются друг от друга. Любой живущий на поверхности шарика видит, что все галактики от него улетают - и чем они дальше они находятся, тем быстрее улетают. Для ближних галактик скорость разлета примерно пропорциональна расстоянию. Это явление было открыто в первой половине ХХ века и получило название "хаббловского" расширения. "Но если посмотреть дальше, - продолжает Сирота, - где расстояние между точками сравнимо с размером шарика, то мы заметим, что это не совсем так, потому что, например, диаметрально противоположная точка шарика вообще может удаляться медленнее, чем какая-либо из ближних точек. Она тоже от нас удаляется, но не так быстро. Т.е. дальше начинается действовать какой-то закон, какая-то сложная зависимость скорости удаления от расстояния. И, узнав эту зависимость, мы можем что-то узнать о своей Вселенной, о том, как она устроена".

В течение ХХ века считалось, что с течением времени скорость разлета галактик будет уменьшаться, а расширение Вселенной будет замедляться. Этот замедляющий эффект будет оказывать гравитация, за счет которой галактики притягиваются друг к другу.

"Если представить, что мы сидим на воздушном шарике, который надувают, то раньше считалось, что в первый момент он быстро надувается, а дальше радиус шарика увеличивается все медленнее и медленнее, и в бесконечности шарик расширяться перестанет. А оказалось, что это не так. Сейчас научились измерять скорости очень далеких галактик. По этим измерениям получается, что шарик меняется следующим образом: сначала надувался быстро, потом он стал надуваться медленнее, но недавно его скорость начала увеличиваться, шарик стал расширяться все быстрее и быстрее. И в несколько следующих миллиардов лет он расширится немного больше, чем в предыдущие, а далее расширение пойдет еще быстрее по экспоненте, и наша Вселенная разлетится в разные стороны. Все галактики удалятся друг от друга, и мы их больше никогда не увидим", - констатирует Валерия Сирота.

На основании проведённых в конце 1990-х годов наблюдений сверхновых звёзд было выявлено, что расширение Вселенной ускоряется со временем. Для объяснения этого факта и было введено понятие "темной энергии". Тема темной энергии очень актуальна, но вопрос слишком неясен, чтобы не быть источником полярных мнений. Но вот почему физики назвали этот фактор развития Вселенной "темной энергией"? "Темной", потому что мы не видим ее. А вот слово "энергия" в названии этого фактора имеет другое происхождение.

"Когда мы считали, что Вселенная расширяется с замедлением, это было понятно. Представьте себе взорвавшийся в космосе шар, его частицы - галактики - разлетаются, но все в совокупности друг друга притягивают. Притягиваются они к центру, потому что распределение сферически симметрично. Если взрыв был недостаточной силы, т.е. мячик был тяжелый, а взрыв был слабый, то все частицы разлетятся, удалятся немного и опять упадут на шарик. Если же взрыв был сильный, то частицы разлетятся и так и будут улетать на бесконечность, но все равно, чем дальше они будут лететь, тем медленнее. А тут мы наблюдаем следующую ситуацию: взорвавшийся мяч, все частицы которого улетают с увеличивающимися скоростями. Значит должна быть какая-то среда, которая расталкивает эти частицы даже после взрыва. У этой среды необычное уравнение состояния, никакая известная нам материя, никакое известное нам вещество такой эффект создать не может. Поэтому эта гипотетическая среда и называется темной энергией", - объясняет сотрудница ФИАНа.

Есть много людей, которым эти объяснения не нравятся. На одном из семинаров, проходившем в ФИАНе, Валерия Сирота комментировала новую статью, автор которой предлагал альтернативный способ объяснения наблюдаемого расширения Вселенной, но который, по предварительной оценке, не может считаться удовлетворительным.

Столь влиятельнейший, но неизвестный и непонятный фактор - вызов тем физикам, которые занимаются созданием картины мироустройства, не противоречащей всем обнаруженным экспериментальным свидетельствам.

По материалам АНИ " ФИАН-информ "

©РАН 2019