Одно из самых интригующих явлений в космологии – то пустое пространство, которого не было до Большого взрыва. И хотя классическая физика может ответить, что энергия не может быть ни сотворена, ни разрушена, неоспоримым остается тот факт, что пустое пространство создается в изобилии при расширении нашей вселенной.
Это пространство представляет собой нечто, через что мы можем двигаться, хотя движение возможно только во времени, так что необходимо говорить о явлении как о пространстве-времени. До того, как Большой взрыв создал пространство, не было и времени, и с тех пор оба идут рука об руку.
С квантовой перспективы, вакуум представляет собой нулевые колебания полей. Эйнштейн и Штерн основали идею энергии нулевой точки, характеризуемой как остаточная энергия, которая может остаться в системе даже при абсолютном нуле. Упрочило это представление открытие того, что вакуумная энергия может быть измеряна в лабораторных условиях, по крайней мере, в наношкале.
Однако попытка применить эту идею в космических масштабах оказывается не очень удачна. По теории квантового поля, плотность энергии нулевой точки на 120 порядков величины выше наблюдаемой на практике. Это явление известно как вакуумная катастрофа – термин, восходящий к классической ультрафиолетовой катастрофе, суть которой состоит в том, что излучение абсолютно черного тела должно неограниченно расти по мере сокращения длины волны. Решила проблему квантовая теория излучения Макса Планка.
В космологии вакуумная катастрофа пересмотрена как космологическая постоянная. Если космологическая постоянная эквивалентна вакуумной энергии вселенной, то она скорее должна быть равна цифре, названной теорией квантового поля, чем гораздо меньшему числу, если подгонять уравнения Эйнштейна под получаемые по факту данные.
В поддержку квантовой теории можно вызвать антропный принцип: вакуумная энергия варьируется в местных масштабах, в то время как в масштабах бόльших суммарная плотность энергии благополучно вписывается в рамки теории. Поскольку «в местных масштабах» подразумевает масштабы нашей видимой вселенной, мы живем в местном потоке нисходящих колебаний, ответственных за формирование галактик и эволюцию разумной жизни. А мы глядим из своего крохотного уголка на огромную вселенную и наивно полагаем, что с квантовой теорией что-то не то.
Теория струн поднимает возможность повторяющихся циклов Больших взрывов и Больших сжатий энергий/масс высокой плотности, которые снизили первичную космологическую постоянную до более слабого показателя, что мы и наблюдаем в настоящее время.
С другой стороны, работая с уравнениями Эйнштейна, можно было бы отметить, что он вставил космологическую постоянную в свои формулы, дабы избежать расширяющейся (или сжимающейся) Вселенной, словно расширение – это естественное свойство пространства-времени. Можно даже попробовать создать модель гипотетической вселенной , лишенной массы и энергии, и она по-прежнему будет расширятся.
