Почему вселенная расширяется все быстрее?

Согласно информации, получаемой от далеких сверхновых и от космического фонового излучения, расширение вселенной все более ускоряется. «Что же способствует убыстрению темпов расширения?» - задаются вопросом многие, даже не подозревая, что именно тот вопрос является одним из базовых в современной космологии.

Так как сверхновые типа Iа постоянно обладают равномерной и хорошо рассчитываемой яркостью, астрономы могут с их помощью реконструировать историю расширения вселенной. Это фото, сделанное космическими телескопом Hubble, показывает сверхновую SN 2014J  в удаленной на 11,5 миллиона световых лет галактике М82 в созвездии Большой медведицы. Фото: NASA, ESA, A. Goobar, Stockholm Univ., Hubble Heritage Team, STScI, AURA)

Общая теория относительности Альберта Эйнштейна представляет собой великолепно подтвержденную сегодня измерениями теорию гравитации, космического времени и вселенной в целом. Из нее следует, что космос в больших масштабах не может быть статичным. Он должен был бы быть нестабильным, пришел к выводу Эйнштейн в 1917 году. Но придя к такому выводу, великий ученый поначалу сам себе не поверил. Даже для него поначалу показалось диким, что пространство должно обязательно сокращаться или расширяться. Измерения же свидетельствуют о том, что вселенная все же расширяется. Причем расширяется она повсюду, где такое движение не сдерживается силами тяготения, причем такое расширение суммируется увеличивающимися расстояниями (и даже становится на достаточно больших расстояниях эффективно быстрее скорости света).

И что странно: этот процесс продолжается уже примерно шесть миллиардов лет, но при этом скорость разлета становится все больше. Почему?

Три конкурирующих объяснения

Собственно говоря, скорость расширения со временем должна была бы снижаться, так как никто не отменял торможение материи и энергии  в космосе гравитацией. Но в нашем случае, похоже, все происходит с точностью до наоборот. Причины же ускорения экспансии вселенной науке до сих пор досконально неясны.

• Наиболее популярное в наше время объяснение – это одиозная «темная энергия», которая эффективно действует отталкивающе и антигравитационно.  В этом отношении существует множество гипотез. Самая простая – это позитивное значение космологической константы, которую называют также лямбда-член. Она представляет собой естественную постоянную и является необходимой составляющей уравнений общей теории относительности (введенной в 1917 году Эйнштейном). Но значение ее нельзя вывести теоретически, а может быть определено исключительно путем измерений. Долгое время оно постулировалось для простоты как ноль, что упрощало уравнения, но это было не обязательно, а произвольно. В качестве других кандидатов на роль темной энергии рассматриваются неизвестные, а местами даже изменчивые энергетические поля (например, квинтэссенция, к-эссенция, фантомная энергия, обобщенный газ Чаплыгина, темная жидкость…), которые, впрочем, все остаются лишь теоретическими предположениями.
    
• В качестве альтернативы выдвигаются версии, что общая теория относительности на особо длинных космических шкалах перестает работать или теряет в своей действенности. Если бы это было так (или если это так!), то очередная модифицированная теория тяготения – которую еще нужно доработать и подтвердить измерениями! - смогла бы разоблачить факт ускоряющегося расширения, как иллюзию. При этом можно было бы заявить, что измерения могли быть неверно истолкованы по причине неправильной теоретической основы.
    
• Еще одна возможность состоит в том, что расширение вселенной ускоряется только «локально», на порядке расстояний от 100 до 1000 миллионов световых лет вокруг нас. Это можно было бы допустить, если бы материальная плотность вокруг выла бы более высокой. Говоря проще – если бы мы жили в гигантском пузыре с меньшей плотностью, чем окружающее его внешнее пространство. Тогда локальная материя стала бы меньше тормозить локальное расширение, а далекие космические регионы дополнительно бы ее «рвали».

Космическая ирония

Различные гипотезы делают разные прогнозы в отношении космических измерений, поэтому они могут быть в принципе проверены и оценены. Правда, эффективность их оставляет желать лучшего.

Проведенные до сих пор измерения говорят скорее против модифицированных теорий тяготения или сверхплотных регионов, причем допустимы они лишь при условии небольшой позитивной космологической константы. То есть, как ни крути, именно космологическая константа остается в настоящий момент наилучшим объяснением для ускорения развития вселенной, а также наиболее вероятным кандидатом на роль «темной энергии». И то, что Эйнштейн отозвал космологическую константу, как якобы самую большую глупость своей жизни, не может не вызывать определенной иронии.