Почему вселенная расширяется с ускоряющейся скоростью, распространяя свое содержимое на все более широкие измерения пространства? Оригинальное решение этой загадки, безусловно, самый захватывающий вопрос в современной космологии, было предложено четырьмя физиками-теоретиками, Эдвардом Колбом из Национальной лаборатории ускорителей Ферми США, Чикаго (США): Сабино Матаррезе из Университета Padova; Алессио Нотари из Университета Монреаля (Канада); и Антонио Риотто из INFN (Национальный институт физики) из Падуи (Италия). Их исследование было представлено вчера в журнале Physical Review Letters.
За последние сто лет расширение вселенной стало предметом страстных дискуссий, вовлекая самые блестящие умы века. Как и его современники, Альберт Эйнштейн изначально думал, что вселенная статична: что она не расширяется и не сокращается. Когда его собственная Теория Общей Относительности ясно показала, что вселенная должна расширяться или сокращаться, Эйнштейн решил ввести новый компонент в свою теорию. Его «космологическая постоянная» представляла собой массовую плотность пустого пространства, которая заставляла вселенную расширяться со все возрастающей скоростью.
Когда в 1929 году Эдвин Хаббл доказал, что вселенная действительно расширяется, Эйнштейн отказался от своей космологической постоянной, назвав ее «величайшей ошибкой в моей жизни». Затем, почти столетие спустя, физики воскресили космологическую постоянную в варианте, названном темной энергией. В 1998 году наблюдения очень далеких сверхновых показали, что вселенная расширяется с ускоряющейся скоростью. Это ускоряющееся расширение, казалось, объяснимо только присутствием нового компонента вселенной, «темной энергии», представляющей около 70 процентов от общей массы вселенной. Из остальных около 25 процентов, по-видимому, находятся в форме другого таинственного компонента, темной материи; в то время как только около 5 процентов составляют обычное вещество, те кварки, протоны, нейтроны и электроны, из которых мы и галактики сделаны.
«Гипотеза темной энергии чрезвычайно интересна, - объясняет Антонио Риотто из Падуи, - но с другой стороны, она представляет серьезную проблему. Никакая теоретическая модель, даже самая современная, такая как суперсимметрия или теория струн, не может объяснить присутствие этой таинственной темной энергии в количестве, которое требуется нашим наблюдениям. Если бы темная энергия была размером, который предсказывают теории, вселенная расширилась бы с такой фантастической скоростью, что предотвратила бы существование всего, что мы знаем в нашем космосе ».
Требуемое количество темной энергии настолько трудно согласовать с известными законами природы, что физики предложили всевозможные экзотические объяснения, включая новые силы, новые измерения пространства-времени и новые сверхлегкие элементарные частицы. Тем не менее, новый отчет не предлагает нового ингредиента для вселенной, только осознание того, что нынешнее ускорение вселенной является следствием стандартной космологической модели для ранней вселенной: инфляция.
«Наше решение парадокса, создаваемого ускоряющейся вселенной, - говорит Риотто, - основывается на так называемой теории инфляции, родившейся в 1981 году. Согласно этой теории, через доли секунды после Большого взрыва вселенная пережила невероятно быстрое расширение. Это объясняет, почему наша вселенная кажется очень однородной. Недавно эксперименты с Бумерангом и WMAP, в которых измерялись небольшие флуктуации фонового излучения, вызванного Большим взрывом, подтвердили инфляционную теорию.
Широко распространено мнение о том, что во время инфляционного расширения в начале истории Вселенной были сформированы очень крошечные колебания в пространстве-времени, как и предсказывалось теорией общей теории относительности Эйнштейна. Эти колебания были растянуты расширением Вселенной и сегодня распространяются далеко за пределы нашего космического горизонта, то есть над областью, значительно превышающей наблюдаемую вселенную, на расстоянии около 15 миллиардов световых лет. В своей нынешней статье авторы предполагают, что именно эволюция этих космических пульсаций увеличивает наблюдаемое расширение Вселенной и объясняет ее ускорение.
«Мы поняли, что вам просто нужно добавить этот новый ключевой компонент, рябь пространства-времени, созданного в эпоху инфляции, к общей теории относительности Эйнштейна, чтобы объяснить, почему Вселенная сегодня ускоряется», - говорит Риотто. «Кажется, что решение загадки ускорения затрагивает вселенную за пределами нашего космического горизонта. Никакой таинственной темной энергии не требуется.
Колб Фермилаба назвал предложение авторов самым консервативным объяснением ускоряющейся вселенной. «Это требует только правильного учета физических эффектов ряби за пределами нашего космического горизонта», - сказал он.
Данные предстоящих экспериментов позволят космологам протестировать предложение. «Был ли прав Эйнштейн, когда впервые ввел космологическую константу, или был ли он прав, когда позже опроверг эту идею, вскоре будет проверен новым раундом точных космологических наблюдений», - сказал Колб. «Новые данные скоро позволят нам провести различие между нашим объяснением ускоренного расширения Вселенной и решением темной энергии».
INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), национальный институт ядерной физики Италии, поддерживает, координирует и проводит научные исследования в области ядерной физики, ядерной физики и астрономии и участвует в разработке соответствующих технологий.
Fermilab в Батавии, штат Иллинойс, США, управляется Исследовательской ассоциацией университетов, Inc. для Управления науки Министерства энергетики, которое финансирует передовые исследования в области физики элементарных частиц и космологии.
Первоисточник: Национальный Институт Физики Ядерного
