
<< 2. Гипотеза Эйнштейна | Оглавление | 4. Анти-гравитация и ускоряющееся ... >>
3. Физический вакуум и его плотность
Как уже сказано, вакуум явился в космологию с эйнштейновской
космологической постоянной , и его плотность выражается через
значение этой постоянной:
![]() |
(1) |


Вакуум обладает не только определенной плотностью энергии,
но также и давлением. Если плотность вакуума положительна, то его давление
отрицательно.
Связь между давлением и плотностью, т.е. уравнение состояния, имеет для
вакуума вид
. Это - и только это - уравнение состояния
совместимо
с определением вакуума как формы энергии с всюду и всегда постоянной
плотностью, независимо от системы отсчета.
Уравнение состояния вакуума непосредственно выводится в теории квантовых полей [12]. Но значение его плотности таким прямым путем получить в теории до сих пор не удается; как уже упомянуто выше, это острая проблема, и мы еще вернемся к этой теме в конце статьи.
Согласно фридмановской теории, тяготение создается не только плотностью среды,
но и ее давлением в комбинации .
Вакуум вызывает анти-гравитацию именно потому, что его
эффективная гравитирущая энергия,
,
отрицательна при положительной плотности.
По наблюдательным данным о сверхновых [1], о которых мы
упоминали, плотность вакуума превышает суммарную плотность всех
остальных видов космической энергии. Значение плотностей удобно
выразить в единицах критической плотности
г/см
,
где
км/с/Мпк - постоянная Хаббла.
Тогда относительная плотность вакуума
![]() |
(2) |
Лишь немного уступает вакууму по плотности скрытая масса, или, как
чаще в последнее время говорят, темное вещество:
![]() |
(3) |
За темным веществом следует светящееся вещество звезд и галактик;
в соотвествии с уже сказанным, его космическая плотность (средняя по
всему наблюдаемому объему мира) на порядок величины меньше
плотности темного вещества:
![]() |
(4) |
Наконец, четвертой компонентой космологической среды является излучение,
или ультрарелятивистская среда, с плотностью
![]() |
(5) |

Таковы современные данные о плотностях, удовлетворяющие, как кажется, всем
имеющимся на сегодняшний день наблюдательным ограничениям.
При приведенном выше значении постоянной Хаббла
эти данные совместимы как с открытой и плоской [13,15], так, вообще говоря,
и с закрытой космологическими моделями. Плоской модели отвечает
; в открытой модели
эта сумма относительных плотностей меньше единицы, а в закрытой больше.
Иногда в литературе, особенно
научно-популярной, а тем более рекламной (пресс-релизы, интервью и т.п.),
можно встретить утверждения о том, что плоская модель полностью
доказана теоретически (со ссылкой, например, на модель инфляции) или
окончательно
подтверждена такими-то и такими-то сверхточными наблюдениями.
На одном из семинаров
в ГАИШ МГУ гость-докладчик сообщал в качестве свежей новости,
привезенной с последней заграничной конференции, что плоская модель теперь
уже несомненно доказана, ибо измеренная величина есть единица.
Кто-то спросил из зала: А с какой точностью измерена омега? Единица
плюс-минус сколько?
Так как докладчик медлил с ответом, Р.А. Сюняев сообщил, что по его
сведениям, точность была
в том конкретном случае...
Замечательно, что по поводу самих по себе цифр (2-5) в космологическом
сообществе установилось небывалое до того
всеобщее единодушие и согласие, которое - ввиду уникальности явления -
получило специальное название: космический конкорданс [15].
В одном только пункте конкорданс не полон; одни считают, что открыт
именно вакуум,
тогда как другие предпочитают иную интерпретацию,
предполагая, что космологическое ускорение
создается не вакуумом, а неизвестной до сих пор и полностью гипотетической
квинтэссенцией. Под последней
понимается [16] особая форма космической энергии с уравнением состояния
, где
-
постоянный параметр, значения которого лежат в интервале
.
Легко видеть, что эффективная гравитирующая плотность отрицательна для
этого вида энергии. Это значит, что не будучи вакуумом,
квинтэссенция тоже способна
создавать анти-гравитацию, а значит и ускорение космологического расширения.
В картине мира классической древности квинтэссенция - пятая стихия,
плюс к земле, воде,
воздуху и огню; это космическая субстанция, и из квинтэссенции, как считалось,
состоят небесные тела.
Слово красивое, гипотеза популярна; это и понятно, она
создает новую `степень свободы' в космологии; остается дождаться
новых интересных результатов на этом пути.
В этом месте стоит, по-видимому, сказать о космологической терминологии, которая частично изменилась после и вследствие открытия космического вакуума. Это не только появление конкорданса и квинэссенции; есть и другие новые термины, которыми тоже широко пользуются в последние 2-3 года, хотя их содержание все еще и не вполне устоялось. Различные компоненты космологической среды все чаще называют формами космической энергии, включая сюда и вакуум как одну из них. Скрытые массы, которые считаются холодными, т.е. нерелятивистскими, называют и темной энергией, и темной материей. В некоторых публикациях темной энергией называют вакуум и квинтэссенцию вместе (но это, кажется, не очень удачное нововведение). `Обычное' вещество называют барионами, хотя, конечно, в нем есть и электроны, а из барионов имеются в виду чаще всего только протоны и нейтроны. Реликтовое излучение, гравитоны и все вместе ультрарелятивистские частицы и поля космологической природы называют релятивистской энергией.
<< 2. Гипотеза Эйнштейна | Оглавление | 4. Анти-гравитация и ускоряющееся ... >>
Публикации с ключевыми словами:
Космология - космомикрофизика - вакуум - Расширение Вселенной - квантовая гравитация - антигравитация - лямбда-член - Общая теория относительности
Публикации со словами: Космология - космомикрофизика - вакуум - Расширение Вселенной - квантовая гравитация - антигравитация - лямбда-член - Общая теория относительности | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> |