Космологическая постоянная оказалась переменной

Современная космология определяется уравнениями теории относительности Эйнштейна. Когда физик создавал свою теорию, он заметил, что эти уравнения не имеют такого решения, при котором Вселенная статична. В ту эпоху ученым казалось, что Вселенная статична. Поэтому, чтобы такое решение появилось, Эйнштейн ввел в уравнение так называемый лямбда-член — постоянную, с которой статичность обеспечивалась.

В 1924 году советский ученый-метеоролог Александр Фридман показал, что Вселенная нестатична, то есть расширяется. Эйнштейн сперва пытался критиковать Фридмана, затем признал свою ошибку и к началу 1930-х с трудом, но согласился с мыслью о расширении Вселенной. После этого он назвал лямбда-член своей величайшей ошибкой.

Однако в 1998 году из наблюдений за далекими сверхновыми неожиданно выяснилось, что Эйнштейн все же не ошибался: хотя мироздание нестатично, оно расширяется с ускорением. Это ускорение нельзя совместить с уравнениями Эйнштейна без введения туда лямбда-члена — правда, уже с другим значением. Эту величину принято называть космологической постоянной.

Работы коллаборации ученых Dark Energy Spectroscopic Instrument (по названию одноименного инструмента) придали этой истории новый оборот. Исследователи проанализировали красное смещение миллиона галактик. Их данные указывают, что с вероятностью в 3,5 сигмы лямбда-член в ранней Вселенной несколько отличался количественно от современного.

Между тем наиболее популярной у многих физиков-инфляционистов гипотезой о природе космологической постоянной было так называемое расталкивающее влияние вакуума, пустого пространства (или отрицательное давление вакуума). При таком сценарии лямбда-член должен быть строго неизменным, поскольку свойства вакуума не меняются. Новый результат не имеет значимости в пять сигм, когда можно уверенно говорить о «закрытии» отрицательного давления вакуума, но сравнительно близок к этому.

Поэтому на следующем этапе физикам-теоретикам придется предложить другое объяснение темной энергии, то есть ускоренному расширению Вселенной. Раз его причина не в вакууме, должны быть какие-то другие объяснения. К сожалению, на современном этапе развития физики количество теорий о темной энергии столь велико, что и с новыми данными между ними придется выбирать еще долго.

Физики-инфляционисты разработали буквально многие сотни разных моделей Вселенной (и это консервативная оценка). Во многих из них темная энергия не связана с вакуумом. Другое дело, что имеющиеся гипотезы инфляции достаточно сложно подтвердить или опровергнуть на практике: из-за обилия моделей Вселенной в них количество предсказаний, которые делают такие модели, очень велико, а какие-то из этих предсказаний просто в силу многочисленности всегда будут совпадать с наблюдениями.

Кроме того, существует альтернативный подход к проблеме: циклическая космология Вселенной, наиболее современный вариант которой представлен в теории Николая Горькавого. По ней космологическую постоянную еще в 2018 году объявили переменной. Так получается, поскольку в циклической космологии Горькавого эта «постоянная» обратно пропорциональна радиусу Вселенной. Соответственно, по мере ее расширения ускорение этого расширения должно падать, что соответствует новым данным Dark Energy Spectroscopic Instrument.

Если верен этот сценарий, в будущем разлет Вселенной во все стороны остановится, после чего начнется ее обратное сжатие. Согласно расчетам, таких циклов расширения — сжатия было очень (хотя и не бесконечно) много, и в будущем их количество тоже окажется велико.