Энергия вакуума — происхождение и последствия
Энергия вакуума — происхождение и последствия
Что все-таки ожидает нашу Вселенную в предстоящем? Еще пару лет вспять у теоретиков в этой связи имелись всего две способности. Если плотность энергии во Вселенной мала, то она будет вечно расширяться и равномерно остывать. Если же плотность энергии больше некого критичного значения, то стадия расширения сменится стадией сжатия. Вселенная будет сжиматься в размерах и греться. Означает, одним из главных характеристик, определяющим развитие Вселенной, является средняя плотность энергии. Итак вот, астрофизические наблюдения, проводимые до 1998 года, гласили о том, что плотность энергии составляет приблизительно 30% от критичного значения. А инфляционные модели предвещали, что плотность энергии должна быть равна критичной. Апологетов инфляционной теории это не очень смущало. Они отмахивались от оппонентов и гласили, что недостающие 70% «как-нибудь найдутся». И они вправду нашлись. Это большая победа теории инфляции, хотя отысканная энергия оказалась таковой необычной, что вызвала больше вопросов, чем ответов.
Похоже, что разыскиваемая черная энергия — это энергия самого вакуума.
В представлении людей, не связанных с физикой, вакуум — «это когда ничего нет» — ни вещества, ни частиц, ни полей. Но это не совершенно так. Стандартное определение вакуума — это состояние, в каком отсутствуют частички. Так как энергия заключена конкретно в частичках, то, как резонно считали чуть ли не все, включая и ученых, нет частиц — нет и энергии. Означает, энергия вакуума равна нулю. Вся эта благостная картина упала в 1998 году, когда астрономические наблюдения проявили, что разбегание галактик чуть-чуть отклоняется от закона Хаббла. Вызванный этими наблюдениями у космологов шок продолжался недолго. Очень стремительно стали публиковаться статьи с разъяснением этого факта. Самым обычным и естественным из их оказалась мысль о существовании положительной энергии вакуума. Ведь вакуум, в конце концов, значит просто отсутствие частиц, но почему только частички могут владеть энергией? Обнаруженная черная энергия оказалась распределенной в пространстве на удивление однородно. Схожую однородность тяжело выполнить, ведь если б эта энергия была заключена в каких-либо неизвестных частичках, гравитационное взаимодействие принуждало бы их собраться в превосходные конгломераты, подобные галактикам. Потому энергия, спрятанная в пространстве-вакууме, очень роскошно разъясняет устроение нашего мира.
Но вероятны и другие, более экзотичные, варианты мироустроения. К примеру, модель Квинтэссенции, элементы которой были предложены русским физиком А.Д. Долговым в 1985 году, подразумевает, что мы все еще скатываемся с той горки, о которой говорилось сначала нашего повествования. При этом катимся мы уже очень длительно, и конца этому процессу не видно. Необыкновенное заглавие, позаимствованное у Аристотеля, обозначает некоторую «новую сущность», призванную разъяснить, почему мир устроен так, а не по другому.
Сейчас вариантов ответа на вопрос о будущем нашей Вселенной стало существенно больше. И они значительно зависят от того, какая теория, объясняющая сокрытую энергию, является правильной. Представим, что правильно простейшее разъяснение, при котором энергия вакуума положительна и не изменяется с течением времени. В данном случае Вселенная уже никогда не сожмется и нам не угрожает перегрев и Большой хлопок. Но за все не плохое приходится платить. В данном случае, как демонстрируют расчеты, мы в дальнейшем никогда не сможем добиться всех звезд. Более того, количество галактик, видимых с Земли, будет уменьшаться, и через 10—20 миллиардов. лет в распоряжении населения земли остается всего несколько примыкающих галактик, включая нашу — Млечный Путь, также соседнюю Андромеду. Население земли уже не сумеет возрастать количественно, тогда и придется заняться собственной высококачественной составляющей. В утешение можно сказать, что несколько сотен млрд звезд, которые будут нам доступны в настолько отдаленном будущем, — это тоже много.
Вобщем, пригодятся ли нам звезды? 20 млрд лет — большой срок. Ведь всего за несколько сот миллионов лет жизнь развилась от трилобитов до современного человека. Так что наши дальние потомки, может быть, будут по внешнему облику и способностям отличаться от нас еще более, чем мы от трилобитов. Что все-таки сулит им еще больше отдаленное будущее, по прогнозам современных ученых? Ясно, что звезды будут тем либо другим методом «умирать», но будут создаваться и новые. Этот процесс тоже не нескончаем — приблизительно через 1014 лет, по предположению ученых, во Вселенной останутся только слабосветящиеся объекты — белоснежные и черные лилипуты, нейтронные звезды и темные дыры. Практически они все также погибнут через 10 37 лет, исчерпав все припасы собственной энергии. К этому моменту останутся только темные дыры, поглотившие всю остальную материю. Что может повредить черную дыру? Любые наши пробы сделать это только наращивают ее массу. Но «ничто не вечно под Луной». Оказывается, темные дыры медлительно, но источают частички. Означает, их масса равномерно миниатюризируется. Все темные дыры тоже должны пропасть приблизительно через 10100 лет. После чего останутся только простые частички, расстояние меж которыми будет намного превосходить размеры современной Вселенной (приблизительно в 1090 раз) — ведь все это время Вселенная расширялась! Ну и, естественно, остается энергия вакуума, которая будет полностью доминировать во Вселенной.
Кстати, характеристики такового места в первый раз исследовал В. де Ситтер еще в 1922 году. Так что нашим потомкам предстоит или поменять физические законы Вселенной, или перебраться в другие вселенные. На данный момент это кажется неописуемым, но охото веровать в могущество населения земли, вроде бы оно, население земли, ни смотрелось в настолько отдаленном будущем. Так как времени у него предостаточно. Кстати, может быть, что уже и на данный момент мы, сами того не ведая, создаем новые вселенные. Для того чтоб в очень малеханькой области появилась новенькая вселенная, нужно инициировать инфляционный процесс, который вероятен только при больших плотностях энергий. А ведь экспериментаторы уже издавна делают такие области, сталкивая частички на ускорителях… И хотя эти энергии еще очень далеки от инфляционных, возможность сотворения вселенной на ускорителе уже не равна нулю. К огорчению, мы являемся тем «удаленным наблюдателем», для которого время жизни этой «рукотворной» вселенной очень не достаточно, и внедриться в нее и поглядеть, что там происходит, мы не можем…
Вероятные сценарии развития нашего мира
1. Пульсирующая модель Вселенной, при которой прямо за периодом расширения наступает период сжатия и все завершается Огромным хлопком
2. Вселенная со строго подогнанной средней плотностью, в точности равной критичной. В данном случае наш мир Евклидов, и его расширение всегда замедляется
3. Умеренно расширяющаяся по инерции Вселенная. Конкретно в пользу таковой открытой модели мира до ближайшего времени свидетельствовали данные о подсчете средней плотности нашей Вселенной
4. Мир, расширяющийся со все нарастающей скоростью. Новые экспериментальные данные и теоретические изыскания молвят о том, что Вселенная разлетается все резвее, и невзирая на евклидовость нашего мира, большая часть галактик в дальнейшем будет нам недосягаема. И повинна в настолько необычном устроении мира та черная энергия, которую сейчас связали с некоей внутренней энергией вакуума, заполняющего все место
Сергей Рубин, доктор физико-математических наук, источник и полная версия статьи — www.vokrugsveta.ru/publishing/vs/archives/?item_id=310