Темная энергия и судьба Вселенной

На существование антигравитации указывают и результаты исследований реликтового излучения, и наблюдения сверхновых. Источник антигравитации, темная энергия, представляет собой несравненно большую загадку, чем темная масса. По-видимому, влияние темной энергии существовало всегда, но стало проявляться лишь тогда, когда силы гравитации Вселенной ослабились из-за ее расширения. Наиболее подходящий кандидат на роль темной энергии – вакуум. Есть и другая гипотеза: космическое ускорение может объясняться ослабленной формой тех чудовищных сил, которые разбросали материю в Большом взрыве. По существу, это замена одного неизвестного явления другим, еще более неизвестным, или, может быть, просто замена названия. Неизвестно даже, тот ли вакуум сегодня правит во Вселенной, что был в момент ее рождения, и тот ли это вакуум, который в лабораториях штурмуют физики. Ученые размышляют, сжимаема ли темная энергия и не изменялись ли ее свойства во времени.

Рис. 8. Распределение темной энергии, темной массы и барионного вещества.

Теоретические исследования указывают на совершенно фантастическое, с точки зрения здравого смысла, свойство вакуума: он должен иметь отрицательное давление, причем плотность его энергии при расширении остается, как ни странно, постоянной, в то время как в газовой среде давление положительно и падает с расширением. Интересно сравнить плотности энергии вакуума и темной материи. На тот же межгалактический куб со стороной 170 000 км, с 1 г обычного вещества и 10 г темной массы, приходится 25 г темной энергии, если выразить ее как плотность массы. Рис. 8 иллюстрирует, из чего состоит Вселенная. Вакуум является самой плотной средой. Но в отличие от темной и светящейся материй, распределение которых неоднородно, плотность вакуума абсолютно одинакова во всей Вселенной. Среди других парадоксальных свойств вакуума – его плотность и давление неизменны, несмотря на расширение Вселенной, которое он и вызывает, сам оставаясь неизменным. На вакуум нигде и ничто не влияет. В отличие от реликтового излучения, движение относительно вакуума не обнаруживается. Вакуум всегда попутный, как было показано в знаменитом эксперименте Альберта Майкельсона еще в 1881 году.

Судьба нашей Вселенной, сценарий дальнейших в ней событий теперь полностью определяются темной энергией, если ее свойства во времени остаются неизменными. Всемирное тяготение в межгалактических масштабах свое отыграло и больше не вернется. Теоретики рассматривают уравнение состояния темной энергии при разных ее плотности и давлении. Если ее свойства неизменны, уравнение состояния w приравнивается к -1. Некоторые повороты теории допускают пределы w от 0 до -1, а наблюдения сверхновых указывают на величину, близкую к -1. Значения бо'льшие по абсолютной величине, скажем -1,1, приводят к появлению бесконечностей и логических бессмысленностей. Вряд ли это смущает природу, но теоретиков ставит в тупик.

В обзорной статье в упоминавшемся выпуске журнала "Science" грядущие события описывались весьма драматично, следующим сценарием дальнейшей эволюции Вселенной. Антигравитация со временем все нарастает. Через несколько миллиардов лет она приступает к «Большому вспарыванию» ткани Вселенной. Сначала разрушаются скопления галактик, и под действием темной энергии они «выстреливаются» из скоплений. В оптимистическом варианте это происходит примерно через 10 миллиардов лет (так что время у нас еще есть). Спустя несколько сотен миллионов лет после этого наша и другие галактики разлетаются на куски. Далее события все ускоряются. Распадаются планетные системы, планеты теряют связь с Солнцем. Разрушаются звезды и планеты. Химические соединения распадаются на атомы, но и атомы теряют стабильность: ядра не могут удержать электроны. Под действием колоссальных давлений «вспарываются» протоны и нейтроны… Примерно такие страсти звучали и в некоторых научно-популярных статьях и выступлениях, что вызвало у физиков-космологов, как было принято писать недавно, «гневное негодование». В их более реальном сценарии антигравитация мало что меняет в уже существующих галактиках, а тем более в Солнечной и других планетных системах. От антигравитации они защищены своей массой. Происходит же следующее: антигравитация действительно нарастает, что приводит ко все ускоряющему ся взаимному удалению галактик и постепенному уходу их за горизонт Вселенной. В этом смысле пространство становится все более и более пустым. Галактики на небе того далекого времени астрономы будут считать по пальцам. Но отбирать у нас Солнце (которому, кстати, до этой поры все равно не дожить) никто не собирается. Таков сценарий «Большого вспарывания» исходя из того, что о свойствах темной энергии известно сегодня. Но окончательный ли это сценарий?