Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://kvant.mccme.ru/pdf/2002/04/03.pdf Дата изменения: Fri Dec 23 19:26:57 2005 Дата индексирования: Tue Oct 2 00:11:20 2012 Кодировка: Windows-1251

ВАКУУМ



ОСНОВНАЯ

ПРОБЛЕМА

ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ

ФИЗИКИ

3

(быть может, основной вопрос фундаментальной физики): почему вакуумная материя практически не влияет на макроскопические явления? Сейчас этот вопрос сделался особенно актуальным в связи с регистрацией новых наблюдательных данных о вспышках сверхновых звезд, находящихся на расстояниях в сотни и тысячи мегапарсек (ранее были доступны расстояния 1020 мегапарсек). Полученные данные неопровержимо свидетельствуют, что расширение Вселенной не замедляется, а ускоряется! Из этого неизбежно следует вывод, что во Вселенной доминирует вакуум; по плотности он превосходит все 'обычные' формы космической материи вместе взятые. Большая плотность вакуума приводит к ускорению расширения (т.е. к эффекту 'антигравитации') именно благодаря приведенному выше необычному уравнению состояния вакуумной материи.

ном ОТО является идея существования во Вселенной новой гипотетической материи, которую называют космическим вакуумом. Плотность энергии такого вакуума ( -члена) равна

=

c 4 , 8G

где введенная Эйнштейном космологическая постоянная, G известная гравитационная постоянная. Космологическая постоянная была введена Эйнштейном, чтобы обеспечить неизменность (постоянство) Вселенной во времени. Однако развитие ОТО (Фридман) и проведенные наблюдения (Хаббл) продемонстрировали переменность Метагалактики. Два объекта в пределах Метагалактики, разделенные расстоянием r, удалялись друг от друга со скоростью

v = H t r .
В нашу эпоху ( t = t0 ) постоянная H t0 (названная постоянной Хаббла) равна

Метагалактика и Вселенная
Попытаемся четко определить понятия, с которыми нам придется встречаться. Прежде всего приведем порядок величин, с которыми мы будем иметь дело:
Название объекта Звезда Галактика Метагалактика Размеры, см 1011 1022 1028

H t0 : 10-18 c-1 .
В Метагалактике, при t = t0 , < 10-56 cм -2 . Однако во Вселенной вне Метагалактики величина L может быть очень большой и определять все процессы, в ней происходящие. Таким образом, построить модель Метагалактики (которая во времена Эйнштейна отождествлялась со Вселенной), согласующуюся с наблюдательными данными и гипотезой о доминировании L-члена, оказалось невозможным, и Эйнштейн считал введение его в ОТО самой большой ошибкой в своей научной деятельности. Как оказалось далее, такая отрицательная самооценка также была ошибочной. Отметим, что космологическая постоянная описывает гравитационные силы притяжения (если < 0 ) или отталкивания ( > 0 ); соответствующие ей силы являются дополнительными к ньютоновским силам притяжения. Введение же -члена означает введение новых сил гравитации. Влияние вакуума на динамику Метагалактики может установить только опыт. Чтобы упростить изложение экспериментов, проведенных в последнее время и оказавших подлинно революционное влияние на космологию, мы используем нерелятивистское приближение анализа расширения Метагалактики (Милн и Маккри, начало 1930-х годов). Допустим, что Метагалактика имеет шарообразную форму с равномерной плотностью rG . Тогда уравнение движения для частицы на поверхности шара выглядит так:

Размеры Метагалактики это размеры, в настоящее время максимально доступные для непосредственных измерений. Поэтому, наверное, общепринято называть ее размер RM размером Вселенной, или Мира. На наш взгляд, весь исторический опыт указывает, что наибольшие доступные размеры определяются техникой (или уровнем цивилизации). Например, еще несколько сот лет назад можно было с уверенностью определить лишь размеры Земли ( : 109 см). Следовательно, можно сказать, что величина RM есть наибольшее измеряемое сейчас расстояние. Вселенная же существенно больший объект. В настоящее время есть косвенные указания, что размеры Вселенной на много порядков превышают RM .

Космологическая постоянная Мы не имеем возможности изложить здесь подробно общую теорию относительности (ОТО). Заметим лишь, что теоретическая основа космологии основана на ОТО. (Наиболее простое изложение ОТО и ее приложений к космологии содержится в статье И.Хрипловича 'Общая теория относительности': журнал 'Квант', 1999, ? 4. Прим. ред.) Отметим центральную идею ОТО. Эта теория должна отразить особенности гравитации и, по мысли Эйнштейна, быть основой космологии и специальной теории относительности. Все эти идеи нашли свое воплощение в современной науке, исключая одно важное обстоятельство: до сих пор не построена последовательная квантовая теория гравитации. Одной из важных особенностей созданной Эйнштей1*

R?? =-

GM , R2

где R радиус шара, а M = rG 4p 3 R 3 его полная масса. В первом приближении можно положить, что масса М остается неизменной, и тогда решение этого уравнения имеет вид

1 2

ж dR ц2 GM ч з з dt ч - R = E , ч з и ш