Космологическая константа


Астрономия > Космологическая постоянная

Космологическая постоянная

Космологическая постоянная Эйнштейна – константа из уравнения общей теории относительности. История исследования, противодействие силе гравитации Вселенной.

Космологическую постоянную (лямбда) вывел Альберт Эйнштейн после публикации общей теории относительности. Ее можно заметить в левой части уравнений поля.

На тот момент ученый как и все был уверен, что наше пространство Вселенной не меняется (постоянная способна создать Вселенную, наполненную статичной энергией). Но до него быстро дошло, что есть проблема и этот принцип не работает, потому что тогда пространство оказывается нестабильным и быстро начинает сжиматься или расширяться. После этого Эдвин Хаббл (первым был все же Весто Слайфер) догадался, что Вселенная пребывает в процессе расширения, поэтому нужда в космологической постоянной отпала сама собой.


В 1998 году все изменилось. Две исследовательские группы объявили, что далекие сверхновые (Ia-типа) не обладают ожидаемой видимой яркостью. А ведь это должно было быть, если учитывать модель пространства, наполненного энергией в виде барионов и темной материи.

В итоге они «обнаружили» темную энергию – форма массовой энергии со стабильной плотностью. Так как она работает против гравитации, то доказывает наличие расширения, которое не замедляется (как думали), а ускоряется. То есть, речь идет о расширяющейся Вселенной с постоянно нарастающей скоростью. Естественной формой темной энергии выступала космологическая постоянная.

Ученые пытались понять, не является ли она квинтэссенцией чего-то еще. Но изучение реликтового излучения и барионных акустических колебаний приводят к космологической постоянной.

Так что, если постоянная равна массе энергии (плотности), то ее можно вывести в килограммах. Наилучшее предположение – 7.3 х 1027 кг на м3.

Источник: v-kosmose.com

Уравнение

Космологический постоянный Λ появляется в уравнении поля Эйнштейна в форме


:

где R и g описывают структуру пространства-времени, T принадлежит вопросу и энергии, затрагивающей ту структуру, и G и c — коэффициенты преобразования, которые являются результатом использования традиционных единиц измерения. Когда Λ — ноль, это уменьшает до оригинального уравнения поля Общей теории относительности. Когда T — ноль, уравнение поля описывает пустое место (вакуум).

Космологическая константа имеет тот же самый эффект как внутренняя плотность энергии вакуума, ρ (и связанное давление). В этом контексте это обычно переходится на правую сторону уравнения и определяется с фактором пропорциональности 8: Λ = , где соглашения единицы Общей теории относительности используются (иначе факторы G и c также появились бы, т.е. Λ = 8 (G/c)ρ = κ ρ, где κ — константа Эйнштейна). Распространено указать ценности плотности энергии непосредственно, все еще используя имя «космологическая константа».

Положительная вакуумная плотность энергии, следующая из космологической константы, подразумевает отрицательное давление, и наоборот. Если плотность энергии будет положительной, то связанное отрицательное давление будет стимулировать ускоренное расширение Вселенной, как наблюдается. (См. темную энергию и космическую инфляцию для деталей.)

Ω (Лямбда Омеги)


Вместо самой космологической константы, космологи часто обращаются к отношению между плотностью энергии из-за космологической константы и критической плотностью Вселенной. Это отношение обычно обозначается Ω и, как оценивается, согласно недавним результатам Планка, выпущенным в 2013. В плоской вселенной Ω соответствует части плотности энергии Вселенной из-за космологической константы. Обратите внимание на то, что это определение связано с критической плотностью существующей космологической эры: критические изменения плотности с космологическим временем, но плотность энергии из-за космологической константы остается неизменным всюду по истории Вселенной.

Уравнение состояния

Другое отношение, которое используется учеными, является уравнением состояния, обычно обозначал w, который является отношением давления, что темная энергия ставит Вселенную к энергии за единичный объем. Это отношение для истинной космологической константы, и вообще отличается для альтернативных различных форм времени вакуумной энергии, таких как квинтэссенция.

История

Эйнштейн включал космологическую константу как термин в его уравнениях поля для Общей теории относительности, потому что он был неудовлетворен, который иначе его уравнения не позволяли, очевидно, для статической вселенной: сила тяжести вызвала бы вселенную, которая была первоначально в динамическом равновесии, чтобы сократиться. Чтобы противодействовать этой возможности, Эйнштейн добавил космологическую константу.


нако вскоре после того, как Эйнштейн развил свою статическую теорию, наблюдения Эдвином Хабблом указали, что Вселенная, кажется, расширяется; это было совместимо с космологическим решением оригинальных уравнений Общей теории относительности, которые были найдены математиком Фридманом, работающим над уравнениями Эйнштейна Общей теории относительности. Эйнштейн позже по общему мнению упомянул свой отказ принять проверку его уравнений — когда они предсказали расширение Вселенной в теории, прежде чем это было продемонстрировано в наблюдении за космологическим красным изменением — как «самая большая грубая ошибка» его жизни.

Фактически, добавление космологической константы к уравнениям Эйнштейна не приводит к статической вселенной в равновесии, потому что равновесие нестабильно: если Вселенная расширяется немного, то вакуумная энергия выпусков расширения, которая вызывает еще больше расширения. Аналогично, вселенная, которая сокращается немного, продолжит сокращаться.

Однако космологическая константа осталась предметом теоретического и эмпирического интереса. Опытным путем нападение космологических данных в прошлые десятилетия убедительно предполагает, что у нашей вселенной есть положительная космологическая константа. Объяснение этой маленькой, но положительной стоимости — выдающаяся теоретическая проблема (см. секцию ниже).

Наконец, нужно отметить, что некоторые ранние обобщения гравитационной теории Эйнштейна, известной как классические объединенные полевые теории, или, ввели космологическую константу на теоретических основаниях или нашли, что это возникло естественно из математики.


пример, сэр Артур Стэнли Эддингтон утверждал, что космологическая постоянная версия вакуумного уравнения поля выразила «эпистемологическую» собственность, которую «самоизмеряет» Вселенная, и чисто-аффинная теория Эрвина Шредингера, используя простой вариационный принцип произвела уравнение поля с космологическим термином.

Положительная стоимость

Наблюдения объявили в 1998 отношения красного смещения расстояния для Типа, суперновинки Ia указали, что расширение Вселенной ускоряется. Когда объединено с измерениями космического микроволнового фонового излучения они подразумевали ценность, результат, который был поддержан и усовершенствован более свежими измерениями. Есть другие возможные причины ускоряющейся вселенной, такие как квинтэссенция, но космологическая константа находится в большинстве отношений самое простое решение. Таким образом текущая стандартная модель космологии, модель Lambda-CDM, включает космологическую константу, которая измерена, чтобы быть на заказе 10 м в метрических единицах. Умноженный на другие константы, которые появляются в уравнениях, это часто выражается как 10-е, 10 ГэВ, 10 г/см. С точки зрения единиц Планка, и как естественная безразмерная стоимость, космологическая константа, λ, находится на заказе 10.

Как был только недавно замечен, работами 't Hooft, Сасскинд и другие, у положительной космологической константы есть удивительные последствия, такие как конечная максимальная энтропия заметной вселенной (см. голографический принцип).

Предсказания


Главная нерешенная проблема состоит в том, что большинство квантовых теорий области предсказывает огромную стоимость для квантового вакуума. Общее предположение — то, что квантовый вакуум эквивалентен космологической константе. Хотя никакая теория не существует, который поддерживает это предположение, аргументы могут быть приведены в его пользе.

Такие аргументы обычно основаны на размерном анализе и эффективной полевой теории. Если бы Вселенная описана эффективной местной квантовой теорией области вниз к длине Планка, то мы ожидали бы космологическую константу заказа. Как отмечено выше, измеренная космологическая константа меньше, чем это фактором 10. Это несоответствие назвали «худшим теоретическим предсказанием в истории физики!».

Некоторые суперсимметричные теории требуют космологической константы, которая является точно нолем, который далее усложняет вещи. Это — космологическая постоянная проблема, худшая проблема точной настройки в физике: нет никакого известного естественного способа получить крошечную космологическую константу, используемую в космологии от физики элементарных частиц.

Человеческий принцип

Одно возможное объяснение маленького, но ненулевого значения было отмечено Стивеном Вайнбергом в 1987 после человеческого принципа.


йнберг объясняет что, если бы вакуумная энергия взяла различные ценности в различных областях Вселенной, то наблюдатели обязательно измерили бы ценности, подобные этому, которое наблюдается: формирование поддерживающих жизнь структур было бы подавлено в областях, где вакуумная энергия намного больше. Определенно, если вакуумная энергия отрицательна, и ее абсолютная величина существенно больше, чем это, кажется, находится в наблюдаемой вселенной (скажите, фактор 10 больших), держа все другие переменные (например, плотность вещества) постоянный, который означал бы, что Вселенная закрыта; кроме того, его целая жизнь была бы короче, чем возраст нашей вселенной, возможно слишком короткой для интеллектуальной жизни, чтобы сформироваться. С другой стороны, вселенная с большой положительной космологической константой расширилась бы слишком быстро, предотвратив формирование галактики. Согласно Вайнбергу, области, где вакуумная энергия совместима с жизнью, были бы сравнительно редки. Используя этот аргумент, Вайнберг предсказал, что у космологической константы будет ценность меньше чем сто раз в настоящее время принимаемой стоимости. В 1992 Вайнберг усовершенствовал это предсказание космологической константы к 5 — 10 раз плотности вещества.

Этот аргумент зависит от отсутствия изменения распределения (пространственный или иначе) в вакуумной плотности энергии, как ожидался бы, если бы темная энергия была космологической константой.


т никаких доказательств, что вакуумная энергия действительно варьируется, но может иметь место, ли, например, вакуумная энергия (даже частично), потенциал скалярной области, такой как остаточная инфляция (также посмотрите квинтэссенцию). Другой теоретический подход, который имеет дело с проблемой, является подходом теорий мультистиха, которые предсказывают большое количество «параллельных» вселенных с различными законами физики и/или ценностями фундаментальных констант. Снова, человеческий принцип заявляет, что мы можем только жить в одной из вселенных, которая совместима с некоторой формой интеллектуальной жизни. Критики утверждают, что эти теории, когда используется в качестве объяснения точной настройки, передают ошибку обратного игрока.

В 1995 аргумент Вайнберга был усовершенствован Александром Виленкином, чтобы предсказать стоимость для космологической константы, которая была только десять раз плотностью вещества, т.е. приблизительно три раза текущей стоимостью, так как определено.

Циклическая модель

Более свежая работа предположила, что проблема может быть косвенной уликой циклической вселенной возможно, как позволено теорией струн. С каждым циклом Вселенной (Большой взрыв тогда в конечном счете Большой Хруст) взятие приблизительно триллиона (10) годы, «сумма вопроса и радиации во вселенной перезагружена, но космологическая константа не. Вместо этого космологическая константа постепенно уменьшается по многим циклам к маленькой стоимости, наблюдаемой сегодня». Критики отвечают, что, поскольку авторы признают в их статье, модель «влечет за собой… ту же самую степень настройки необходимого в любой космологической модели».

См. также

  • Механизм Хиггса

  • Решение Lambdavacuum
  • Естественность (физика)
  • Квантовая электродинамика
  • относительность де Ситте
  • Эффект Unruh

Дополнительные материалы для чтения

  • Майкл, E., университет Колорадо, отдел астрофизических и планетарных наук, «космологическая константа»
  • Фергюсон, Китти (1991). Стивен, распродающий: поиски теории всего, Франклина Уотса. ISBN 0 553 29895 X.

Внешние ссылки

  • Кэрролл, Шон М., «космологическая константа», (короткая), «космологическая константа», (расширенная).
  • 'Циклическая вселенная' может объяснить космологическая константа.
  • Газетное сообщение: Больше доказательств темной энергии, являющейся космологическим постоянным
  • Космологическая постоянная статья от Scholarpedia

Источник: ru.knowledgr.com

О космологической постоянной Лямбда



Прим. редактора: очень интересная статья с GeekTimes про историю изучения т.н. космологической постоянной. Я позволил себе немного подкорректировать автора, но изложения стиль сохранил. Пусть не смущают вас в начале формулы — изложено человеческим языком, понятно и увлекательно.


Автор статьи: хабраюзер Vanxant

Что это вообще за космологическая постоянная?

Первую версию Общей Теории Относительности (ОТО) Альберт Эйнштейн представил публике 25 ноября 1915 года. В оригинале уравнения ОТО Эйнштейна выглядели вот так:

Уравнения ОТО Эйнштнейна в оригинальной записи 1915-ого года.

Прим. редактора: К дальнейшему изложению это отношения не имеет, но возможно кому-то будет интересно, здесь в фигурных скобках в формулах [2] и [3] записаны индексы символов Кристоффеля.

В современной записи это выглядит вот так:

Уравнения ОТО Эйнштнейна в современной записи.

Для неумеющего в тензоры читателя понятнее уравнение [1] в оригинальной записи Эйнштейна. Там написано, что энергия-импульс материи G равен кривизне пространства R плюс тензор Риччи S. В общем-то, этот самый тензор Риччи тоже есть кривизна, только в другой форме. Сейчас, решая уравнение ОТО, энергию-импульс обычно считают известным, а ищут как раз кривизну. Поэтому в современной записи стороны уравнения поменяли местами. Заодно поменяли буковки: G→T, S→Rμν.

Откуда есть пошла лямбда

Одним из первых серьёзных математиков, который занялся проверкой выкладок Эйнштейна, стал Эли Жозеф Картан (не путать с его сыном Анри, тоже известным математиком).

Картан-папа нашёл у Эйнштейна ряд технических ошибок, в частности, такую, которая современному поколению ЕГЭ известна под кодовым названием «потерять константу при интегрировании». Сегодня эту потерянную константу обозначают заглавной греческой буквой лямбда — Λ.

Но физика — это вам не математика. Здесь нельзя взять формулу и напихать в неё добавочных слагаемых просто так. Нужно иметь очень веские основания, и теоретические, и экспериментальные.

Хотя ниже вы увидите, насколько мало Эйнштейн знал о Вселенной в те годы, но тогда, в 1916, такие основания у него были. Альберт Германович точно знал, что звёзды не попадали друг на друга и совершенно не собираются этого делать в обозримом будущем. Однако, в ОТО-1915 было только притяжение, которое нужно было чем-то сбалансировать.

Вводимая в уравнения лямбда как раз отвечала за отталкивание. Поэтому в 1917 Эйнштейн опубликовал «дополненную и улучшенную» версию ОТО с космологической постоянной Λ. В современной записи уравнение выглядит так:

Уравнения ОТО Эйнштнейна в современной записи.

Первое физическое толкование смысла лямбды

Возьмём уравнение ОТО-1917 и вынесем за скобки метрический тензор gab. Тогда внутри скобок у нас останется выражение (R/2 — Λ). Здесь R без индексов — это обычная, «школьная» скалярная кривизна. Если на пальцах — это число, обратное радиусу окружности/сферы. Плоскому пространству соответствует R = 0.

В такой трактовке ненулевое значение Λ означает, что наша Вселенная искривлена сама по себе, в том числе и при отсутствии какой-либо гравитации. Ну, вот такой нам достался мир. Однако, большинство физиков в это не верят, и считают, что у наблюдаемого искривления должна быть какая-то внутренняя причина. Какая-то неведомая доселе фигня, которую можно открыть.

Вселенная Фридмана

Meanwhile in Russia, не смотря на войны и революции, над теорией ОТО бился прапорщик (и по совместительству профессор) Александр Александрович Фридман. Он рассмотрел все варианты лямбд и выяснил следующее:

При Λ < 0 имеют место лишь силы притяжения, как гравитационные, так и вызванные кривизной впуклоговогнутого пространства. Рано или поздно звёзды и галактики в таком мире таки попадают друг на друга. Причём конец будет неожиданно быстрым и очень горячим.

При Λ > 0 на больших расстояниях заруливает геометрия, а звёзды и галактики ускоренно разлетаются «с горки» (вариант Эйнштейна 1917). При достаточно большой лямбде на небе может вообще ни остаться ни одной звезды кроме Солнца, при умеренном значении — останется только наша галактика, слившаяся с ближайшими соседями.

Но самое интересное происходит при Λ = 0. Здесь всё зависит от начальных условий — т.е. координат и скоростей конкретных галактик. Возможны три варианта: большое сжатие, большой разлёт и стационарный вариант, когда галактики разлетаются, но с относительно небольшими скоростями и без ускорения.

Сегодня вышеописанные ситуации называются космологическими решениями Фридмана.

Статьи Фридмана 1922 и 1924 годов отменяли необходимость в лямбда-члене, из-за чего поначалу были приняты Эйнштейном в штыки.

За свою работу Фридман вполне мог претендовать на Нобелевку.

Из решений Фридмана вытекало, что у Вселенной может быть начало. Эту идею подхватили многие физики, а возглавил то, что позже назвали «теорией Большого Взрыва», русско-американец Георгий Гамов, полагавший Λ = 0.

Возвращаясь к расширению вселенной, можно привести примерно такой график (конкретно на этом учтены данные на 2010 год):

Расширение вселенной

Здесь по горизонтали отложено z — это красное смещение, по вертикали наблюдаемая яркость сверхновых особого типа Ia, которые всегда выделяют одно и то же количество энергии. Вообще, это два способа измерения одного и того же расстояния, но, так сказать, в разные моменты времени.

Серые палки — наблюдавшиеся события с их погрешностью измерений. Синим пунктиром отложено предсказание при Λ = 0, красной линией — аппроксимация фактически наблюдаемых значений. Отклонение красной линии от прямой означает, что Вселенная расширяется ускоренно. Но Эйнштейн об этом так и не узнал.

Вселенная Каптейна

Перейдём к экспериментальной части. Голландский астроном Якобус Корнелиус Каптейн открыл звезду Каптейна в 1897, после чего приступил к opus magnum всей своей жизни. Объединяя огромное количество наблюдений разных обсерваторий, он попытался создать первую карту Вселенной. По его карте выходило, что вселенная имеет форму вращающегося (sic!) диска крышесносящего по тем временам размера 40000 световых лет, причём Солнце находится отнюдь не в центре, а вполне себе на задворках. Закончена и опубликована эта работа была только в 1922.

Для понимания уровня тогдашних знаний: то, что Каптейн считал невероятно огромной Вселенной, сегодня считается совершенно рядовой, ничем не примечательной среди миллиардов таких же… галактикой Млечный Путь. Тем не менее, заслуга Каптейна в том, что он открыл её вращение и приблизительно вычислил её центр.

Наблюдения Хаббла (астронома, а не телескопа)

Если говорить про астрономов, то больше всех для истории лямбды сделал Эдвин Хаббл. Он чувствовал, что с туманностями что-то не так, и в 1922 предположил, что часть из них — не облака газа, а очень удалённые объекты. Проверяя свою теорию, в 1924 он первым в мире разглядел отдельные звёзды в туманности Андромеды (да, ему всю жизнь везло на очень хорошие телескопы. И после смерти — продолжило везти). Именно Хаббл предложил термин «галактика» — собственно, это «млечный путь» по-гречески.

Статью со своими открытиями, из которой следовало, что Вселенная значительно больше, чем наш Млечный путь, Хаббл представил американскому астрономическому обществу первого января 1925. За что и был освистан страдающими от похмелья коллегами, едва свыкшимися с расстояниями Каптейна.

Хаббл не унимался и прикрутил к телескопу ещё и спектрометр. Анализируя красное смещение галактик, он выяснил, что галактики разбегаются, а Вселенная, соответственно, расширяется. Заодно он открыл закон имени себя с константой имени себя (впрочем, закон был предсказан Леметром), и описал всё это в статьях к концу 20-ых годов. Согласно его наблюдениям, оказалась верна модель Фридмана для Λ = 0.

Это выбило из-под лямбды теперь уже и экспериментальные основания её существования.

Эйнштейн, гляда на это, оперативно вычеркнул космологическую постоянную из уравнений ОТО, а в конце жизни считал историю с лямбдой «самой большой своей ошибкой».

Так что, кроме всех своих открытий, Хаббл также невольно «закрыл» лямбду. На целых 70 лет.

Здесь ещё нужно упомянуть, что первоначальные оценки Хаббла были очень уж неточными и показывали возраст Вселенной порядка 2 миллиардов лет. Позднее это войдёт в противоречие с данными геофизиков, которые при помощи радиоизотопного анализа оценят возраст Земли в несколько миллиардов лет, и десятилетиями будет сильнейшей головной болью для физиков-космологов.

Стационарная Вселенная Хойла

С начала 30-ых годов вопрос с лямбдой считался решённым, и из мейнстримных физиков ей никто толком не занимался. Одним из редких исключений, рискнувших попереть супротив самого Эйнштейна, стал британец Фред Хойл.

Хойл был вполне авторитетным учёным в области космологии, причём, в отличие от многих коллег, так сказать «прикладной», т.е. относительно просто проверяемой, космологии. Именно он объяснил, как из однородных разреженных облаков газа путём гравитационного сжатия образуются звёзды и галактики. Также именно Хойл придумал название «Большой взрыв», причём использовал это название в ругательном смысле.

Хойлу и его соавторам — Бонди и Голду — очень не нравился «большой хлопок» (более корректный перевод фразы big bang), при котором у Вселенной есть начало. Они считали, что так же, как равноправны все точки пространства, должны быть равноправны и все точки во времени. У такой Вселенной нет ни начала, ни конца, и при этом она постоянно, хотя и очень медленно расширяется.

Однако, из квантовых флуктуаций постоянно рождается новое вещество, причём так, что средняя плотность материи остаётся одинаковой. Расчёты показывают, что в одном кубическом километре пространства должен рождаться всего-навсего один протон раз в 300000 лет (а так же один электрон или что-то типа того для сохранения электрического заряда). Прекрасное число, чтобы исключить любую возможность какой-либо экспериментальной проверки!

Теория стационарной Вселенной серьёзно рассматривалась как альтернатива теории Большого Взрыва в 50-х и начале 60-х. Но экспериментальное открытие в 1964 году предсказанного ТББ реликтового излучения поставило на ней крест.

Хойл, впрочем, не унимался и совершенствовал свою теорию до самого выхода на пенсию. Последняя редакция, разработанная на пару с его другом Джефри Бёрбиджем в 1993, так называемая «квази-стационарная Вселенная», предполагает локальные мини-взрывы и объясняет примерно все наблюдаемые факты, но какой-либо популярностью не пользуется. И да, она подозрительно похожа на общепринятую на сегодня теорию инфляции (но отличается знаками плюс-минус в некоторых местах).

За статью B2FH дали Нобелевку. Но только Фаулеру, который распорядился провести десятидневный эксперимент. Ни супругам Бёрбиджам, проводившим длительные астрономические наблюдения и собственно написавшим статью, ни автору идеи Хойлу нобелевку не дали — за упорствование в космологической ереси.

Самое интересное, что Хойл дожил до экспериментального подтверждения ускоренного разбегания галактик в 1998. Но даже это не стало поводом для нобелевского комитета исправить очевидную ошибку.

Квантовая лямбда

Вернёмся к уравнению ОТО. Слева (в современной записи) стоит кривизна пространства, сиречь гравитация по ОТО. Справа — тензор энергии-импульса. Под этим тензором стоит жутко сложный матан, но суть в следующем: там учтена вся-вся-вся материя Вселенной во всех видах и состояниях. И обычное вещество, и всякие хитрые частицы, и все виды излучений (кроме гравитации, которая слева).

Теперь мысленно перенесём лямбду вправо. В такой записи это будет не дополнительная кривизна, а какая-то неучтённая энергия (замечу, отрицательная, раз уж мы считаем лямбду положительной). И здесь просматриваются две возможности.

Первая гипотеза состоит в том, что лямбда — это энергия собственно вакуума. Звучит диковато, но на самом деле вполне согласуется с квантовой механикой. Возьмём кусок пространства и уберём из него всё, что хотя бы в принципе можно убрать. Уберём всё вещество, все частицы и все волны, независимо от их природы. Останутся только физические поля в невозмущённом состоянии. Полный штиль.

Так вот, у некоторых полей (например, Хиггсовских) в пустоте ненулевое значение. И теоретически у них есть некоторая энергия. Кроме того, в силу принципа неопределённости у любых полей есть квантовые флуктуации — и они тоже имеют некоторую энергию.

Возникает, правда, маленькая техническая проблемка. Если всё аккуратно посчитать, расчётный результат отличается от наблюдаемого на 120 — нет, не раз, на 120 порядков. В 100 миллиардов миллиардов гуглов раз! Это по праву считается «худшим предсказанием в истории теоретической физики».

Вторая возможность: физики всё-таки забыли что-то посчитать, когда вычисляли тензор энергии-импульса. Это «что-то» должно быть весьма странным (давать отрицательное давление), ничего похожего мы пока не знаем, так что тут скорее ситуация «не знал — не знал, и забыл». Сейчас это «что-то» называется «тёмная энергия», и этой энергии должно быть примерно в два раза больше, чем энергии у обычной и тёмной материи вместе взятых. ? современная физика находится здесь.

Вместо заключения

Звоночки о ненулевом значении лямбды начали появляться на рубеже 90-ых — из точных измерений реликтового излучения (там обнаружили когерентность реликтового излучения на слишком больших масштабах. Могло просто случайно так совпасть, мог быть какой-то неучтённый эффект, но более вероятной была гипотеза с расширением) и т.д., и к 1997 звоночки превратились в набат.

Совсем неудивительно, что сразу две группы физиков вооружились современными инструментами и бросились перепроверять дедушку Хаббла. И пока для объяснения лямбды у нас нет ничего лучше «тёмной энергии», эта история будет продолжаться.

Источник: chipinfo.pro

Вселенная расширяется — и расширяется, как это было доказано 14 лет назад, со всё возрастающей скоростью. Это открытие, за которое в 2011 году Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Рисс получили Нобелевскую премию по физике, означает, что какое-то время назад над взаимным притяжением материи во Вселенной стала преобладать некая «тёмная энергия». Или это просто значит, что мы не понимаем, как в действительности работает гравитация. По сути, это вполне может быть одно и то же.

В ходу две основные гипотезы: а) тёмная энергия — космологическая константа, неизменная энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство, — а значит, энергия вакуума больше нуля; либо б) она представляет собой некое поле, энергетическая плотность которого может меняться в пространстве и времени. Вопрос важный: некоторые утверждают, что 70% массы Вселенной приходится на эту самую тёмную энергию.

Выбор правильного ответа требует высокоточных измерений скорости расширения Вселенной, чтобы понять, как эта скорость изменяется со временем. Сейчас как раз получены первые результаты таких измерений, проведённых по проекту BOSS — спектроскопическому исследованию на базе барионной осцилляции (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey). BOSS, базирующийся на наблюдениях с целого ряда телескопов, измеряет красное смешение трёхмерного кластера наблюдаемых нами галактик, соседних с Млечным Путём. В качестве базы для вычислений используются вариации температуры реликтового излучения, которые показывают периодические изменения плотности материи ранней Вселенной. При этом исследователи использовали свет от 14 тысяч удалённых квазаров в качестве фоновой подсветки для межгалактического газа, расположенного между квазарами и Землёй. Вариации плотности этого газа отражают и вариации плотности далёких и очень древних (хотя наблюдаем мы их как раз молодыми) галактических кластеров.

Барионная акустическая осцилляция, используемая BOSS, измеряет угловой размер наблюдаемых на небосводе известных нам структур, а также места наибольшего скопления и, наоборот, разрежения иных галактик. Эти скопления и разрежения регулярно повторяются в пространстве (кластеры такого чередования и называются барионами), поэтому расстояние до галактик методом барионной акустической осцилляции измеряется изменением углового размера: чем меньше видимый размер в угловых единицах, тем дальше от нас наблюдаемая галактика. Зная расстояние до далёкой галактики, мы можем определить её возраст, ибо нам известна скорость света. Сопоставление этих данных с красным смещением реликтового излучения показывает, насколько расширилась Вселенная за время, прошедшее после формирования этих удалённых галактик.

Первые результаты BOSS включают установление точных трёхмерных позиций 327 349 массивных галактик на 3 275 квадратных угловых градусах видимого неба, при этом наблюдения дошли до красного смещения в 0,7, до периода, удалённого от нас на 7 млрд лет. Именно в ходе них и было выявлено, что резкое ускорение разбегания галактик относится к периоду около 6 млрд лет назад. Измерения проводились соответственно до дистанции в 2 094 Мпк, плюс-минус 34 Мпк. Отметим, что речь идёт о наиболее точных измерениях, когда-либо проводившихся земными астрономами на столь огромных дистанциях.

Согласно полученным результатам, ключевым моментом в истории Вселенной стала точка во времени, отстоящая от нас на 6 млрд лет. Именно тогда разбегание материи, до того замедлившееся до минимальной величины в истории, начало увеличиваться: из-за расширения Вселенной и увеличения расстояния между материальными объектами гравитационное притяжение стало уступать отталкиванию, вызванному тёмной энергией.

Что же до разбегания энергии, то пока исследователи, и в частности Дэвид Шлегель из физического подразделения Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США), замечают, что на основе полученных на сегодня данных следует скорее говорить о космологической постоянной, чем о поле с изменяющейся интенсивностью. Однако, подчёркивают учёные, окончательные выводы делать пока рано: работа BOSS завершится лишь в 2014 году, тогда и наступит время собирать камни.

Подготовлено по материалам Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.

Источник compulenta

Tags: Dark Energy, вселенная, гравитация, космология, красное смещение, скопление галактик, темная энергия, Эйнштейн

Источник: www.victorpetrov.ru

Космологическая постоянная — это плотность энергии вакуума, благодаря которой он расширяется и раздвигает скопления галактик. Вакуум постоянно увеличивается в объёме, но его плотность при этом не падает, как у обычных сред, а остаётся постоянной. Поэтому его неубывающую постоянную плотность называют тёмной энергией — энергией неизвестной природы.

Космологическая постоянная, выражающая антигравитационную силу пространства, была впервые введена Эйнштейном для противодействия гравитации и объяснения статичности Вселенной. Но потом была им отвергнута из-за открытия расширения Вселенной, которое в то время понималось как следствие разлёта материи по инерции от Большого взрыва. Вновь её ввели после открытия ускоряющегося расширения Вселенной, вызывать которое инерция не может.

Под расширением Вселенной теперь понимается не только расширение её видимой нами части — объёма Хаббла, но вообще всей нашей Вселенной. Она гораздо больше нашего объёма Хаббла, и их центры не совпадают. На это указывает открытие в нашем объёме «тёмного потока» — общего направления в космологическом движении всех его скоплений галактик. Его имеет любой условно выделенный объём во Вселенной, кроме центрального. Расширяясь вместе с ней, он удаляется от её центра.

Такое представление о Вселенной позволяет объяснить постоянство плотности расширяющегося вакуума одновременным действием двух причин. Первая: вакуум повсеместно увеличивает свою плотность из дополнительного пятого измерения пространства. Вторая: весь прирост его плотности тут же преобразуется в его расширение — в свободное увеличение его объёма во внешней менее плотной и более обширной среде.

Эту внешнюю среду можно считать истинно вечной и бесконечной и называть сверхпространством. И сразу заселить её множеством вселенных, подобных нашей, чтобы избежать нового проявления геоцентризма. Сверхпространство создаёт некоторое сопротивление свободному расширению каждой вселенной и этим задаёт остаточную величину плотности её вакуума — величину космологической постоянной.

Точно такая же по смыслу постоянная имеется в двумерной модели расширяющегося вакуума — в плёнке водорослей ряски. Водоросли в ней размножаются, уплотняют плёнку и побуждают её к расширению на поверхности пруда. Плёнка расширяется свободно, поэтому её плотность сохраняется постоянной. Но если она упрётся в берега или в соседние плёнки, расширяющиеся ей навстречу, то её плотность начнёт расти.

Обратим внимание, что двумерная плёнка пополняется новыми упругими элементами за счёт дополнительного вертикального к ней измерения. Ведь она — часть трёхмерного мира (если не считать четвёртым временное измерение). Новые водоросли рождаются на краях листьев родительских растений из молекул воздушной среды над ними и молекул водной среды под ними. Это вертикальное измерение не ощутимо для условных двумерных обитателей расширяющейся плёнки.

Так же не ощутимо для нас пятое дополнительное измерение (уже с учётом 4-го временного измерения). Наш четырёхмерный мир тоже является частью пятимерного мира — сверхпространства. Чтобы понять, что в нём рождается для уплотнения вакуума нашей Вселенной, надо разобраться, что в нём родится из множества свободно расширяющихся вселенных.

Понятно, что эти вселенные однажды соприкоснутся и перейдут во взаимно сжатое состояние. Не все сразу, а начиная от какого-то случайного центра. Плотность их сред, непрерывно пополняемая из пятого измерения, начнёт расти. Но они не смогут тут же увеличивать свой объём, поскольку на них будут давить всё новые и новые вселенные, сливающиеся с ними в гигантскую среду взаимно сжатых вселенных. Так будет продолжаться до тех пор, пока их плотность не превысит критическую, и не начнётся… Большой взрыв образованного из них пространства макровселенной.

Таким путём в вечном и бесконечном сверхпространстве образуется не одна, а множество макровселенных. Их расширение породит ещё более масштабные вселенные, и так — без конца. Соответственно пространство вселенных нашего масштаба образовалось из взаимно сжатых микровселенных. А пространство последних — из вселенных ещё меньшего масштаба, и так — без конца. В существовании связанных друг с другом бесчисленных масштабов бесчисленных вселенных и заключается физическая сущность пятого измерения.

Из него в нашем пространстве повсеместно рождаются новые микровселенные, которые его уплотняют. Их удобнее называть эфиронами — взаимно сжатыми элементами эфира. Они отличаются от эфиронов Лесажа, но и пузырьками «вакуумной пены» или квантами пространства тоже не являются. Это конкретные, а не абстрактные элементы среды.

Вообще пора переходить от термина «вакуум», который полностью утратил свой изначальный смысл, к термину «эфир». Пустота не имеет ни свойств, ни строения, это всё характеристики среды, а у неё есть своё историческое название. Из того факта, что Майкельсон не нашёл эфирный ветер в горизонтальной плоскости, вовсе не следует отсутствие эфира.

Без этого понятия и без пятого измерения не объяснить природу гравитации. И, значит, не понять причину расхождения на 120 порядков значений космологической постоянной, находимых с помощью квантовой физики и теории относительности. Для начала неплохо понять, почему её значение постоянно — из-за постоянного уплотнения эфира новыми эфиронами и его свободного расширения в сверхпространстве.

Источник: habr.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.