Версия для печати

Физики «разрешили» эйнштейновской космологической постоянной изменяться

Физики «разрешили» эйнштейновской космологической постоянной изменяться

Новая модель космологической постоянной разработана исследователями под руководством академика РАН, главного научного сотрудника Института теоретической физики (ИТФ) имени Л.Д. Ландау Алексея Старобинского. Эта фундаментальная характеристика была предложена А. Эйнштейном и определяет скорость расширения Вселенной.

В разработанной физиками модели космологическая постоянная, она же темная энергия, не является неизменной, как полагал Эйнштейн, а медленно распадается на темную материю. Причем скорость этого процесса не зависит от внешних условий, а подчиняется исключительно внутренним свойствам самой темной энергии. Такая модель позволяет объяснить недавно обнаруженную аномалию в космологических данных.

Напомним, что темная материя и темная энергия вместе составляют около 95% всего вещества Вселенной – и при этом ученые мало знают о них. «Темные» составляющие Вселенной не испускают и не поглощают электромагнитное излучение, в том числе свет, поэтому наблюдать их непосредственно невозможно. С другими составляющими Вселенной темная материя и темная энергия взаимодействуют только силой гравитации. Но именно эти две компоненты во многом определяют свойства Вселенной – например, ее расширение обусловлено свойствами темной энергии, а именно тем, что она обладает отрицательным давлением, которое «расталкивает» материю Вселенной.

«Если Эйнштейн прав на 100%, то темная энергия неизменна и вечна, – говорит Старобинский. – Но что, если он прав только, скажем, на 99,99%? Темной энергии в природе так много, что если бы даже ничтожная доля ее за 14 миллиардов лет, прошедших с периода Большого Взрыва, распалась на известные элементарные частицы, в том числе на фотоны – кванты света, то это был бы колоссальный новый источник полезной для человечества энергии».

Наблюдения показывают, что современная темная энергия качественно не отличается от первичной темной энергии, которая существовала на самых ранних этапах жизни Вселенной до Большого Взрыва. Она была метастабильной и давно распалась. Это позволяет предположить, что и современная темная энергия может быть нестабильной и распадаться. Если это так, то она должна превращаться не в видимые, а в «темные» компоненты Вселенной – иначе ученые давно бы заметили этот процесс.

В своей работе Старобинский и коллеги рассмотрели несколько возможных каналов распада темной энергии. Лучше остальных существующие космологические параметры наблюдаемой Вселенной и ее эволюцию в прошлом описывала модель, в которой темная энергия распадается на темную материю. «Из этой модели вытекает, что время полураспада темной энергии по этому каналу не менее, чем в 17 раз превосходит возраст Вселенной. Другими словами, если распад темной энергии на темную материю и происходит, то он идет очень медленно», – поясняет Старобинский полученные результаты.

Ключевым моментом в модели физиков является предположение, что распад темной энергии не зависит от внешних условий, таких как возраст Вселенной или скорость ее расширения Вселенной.

Предложенная физиками модель распада темной энергии на темную материю хорошо описывает небольшое отклонение закона расширения Вселенной в прошлом от стандартной космологической модели, которое недавно обнаружили французские астрономы (https://arxiv.org/abs/1404.1801). Наблюдения за красными смещениями далеких квазаров показали, что, когда Вселенной было около 2,7 млрд лет, она расширялась медленнее, чем предсказывает теория. Работа Старобинского и коллег позволяет объяснить это расхождение.

Ирина Якутенко, пресс-служба ИТФ им. Ландау

 Статья ученых опубликована в журнале “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” https://academic.oup.com/mnras/article-abstract/473/2/2760/4265322?redirectedFrom=PDF