 |
Астронет: А. Д. Чернин/ГАИШ Физический вакуум и космическая анти-гравитация http://www.astronet.ru/db/msg/1174484/node10.html |
<< 8. Внутренняя симметрия | Оглавление | 10. Происхождение видов >>
9. Совпадение наблюдаемых плотностей
Плотность вакуума, как мы видели, превышает плотности трех других
форм космической энергии, вместе взятые.
Слегка дополняя Анти-Дюринга (Кто такой? -
спросит читатель счастливого аспирантского возраста), можно сказать, что в
мире нет ничего кроме движущейся материи и неподвижного вакуума; вакуума
даже больше. Но удивительным образом разница в значениях плотностей не
очень велика,
особенно между вакуумом и темной материей, - снова см. данные (2-5).
Последнее означает,
что вакуум с его постоянной плотностью лишь сравнительно недавно, при
красном смещении 
, согласно формуле (15), оказался
выше темной энергии по эффективной гравитирующей плотности, так что современная
эпоха в эволюции Вселеной - это эпоха продолжающегося перехода от
преобладания темного вещества к преобладанию вакуума.
Как видно из (2-5), не только эти две плотности, но и все четыре плотности
близки друг к другу по порядку величины. Последнее не может быть объяснено
просто тем фактом, что мы измеряем их в данную переходную эпоху.
Действительно, почему, например, плотность барионов близка к плотности
ультрарелятивистской энергии? Эти плотности изменяются со временем по
разным законам:
, -
см. формулу (10).
Вместе с более общим вопросом о совпадении всех четырех наблюдаемых космических
плотностей, этот вопрос составляет содержание большой проблемы в современной
космологии, которая называется проблемой космических совпадений. Эта проблема
рассматривается в настоящее время как, возможно, самая острая и принципиальная
для всей физики Вселенной [14,15]. И несомненно важнейший и наиболее
фундаментальный аспект этой проблемы связан с конкретным значением плотности
космического вакуума: почему эта плотность имеет именно то значение,
которое найдено в наблюдениях?
Космология не впервые сталкивается с проблемой численных совпадений; у этой темы давняя история, восходящая к обнаруженному Дираком совпадения `больших чисел', - см. об этом в учебниках [6-9]. Но совпадение космических плотностей представляет собой совсем новую страницу этой истории, хотя и в этом своем варианте проблема перекликается с тем, что обсуждалось на тему совпадений ранее.
Упомянутая выше гипотеза квинтэссенции возникла как реакция на проблему совпадения космических плотностей [16]. Оказалось, что можно построить такой вариант модели с квинтэссенцией, что плотность этой гипотетической энергии действительно будет близка к плотности темной энергии в современную эпоху или даже всегда. При этом, однако, не обходится без ряда весьма специальных предположений, которые пока не удается надежно обосновать. Кроме того, не ясно как быть при этом с релятивистской энергией, плотность которой падает при расширении быстрее, чем плотность темной энергии. По этой причине воздержимся здесь от дальнейших подробностей такого подхода к проблеме совпадения плотностей, тем более что, как было сказано чуть выше, наблюдаемая кинематика местного объема Вселенной свидетельствует скорее против квинтэссенции и в пользу космологического вакуума.
Из-заь того что одна из плотностей постоянна во времени (плотность вакуума),
а три другие убывают при расширении, совпадение наблюдаемых
плотностей - это, очевидно, временное явление, случайный эпизод,
имеющий место только в современную эпоху. В другие эпохи этого
совпадения плотностей нет. Например, в ранней Вселенной при возрасте
мира 
сек плотности барионов и релятивистской энергии были,
соответственно, в 
и в 
раз больше плотности
вакуума, различаясь между собой тоже на десять порядков величины.
Но уже тогда имело место приближенное равенство интегралов (22), и оно
сохранялось во всей дальнейшей истории вселенной. Это равенство будет
сохраняться и в будущем - вплоть до эпохи распада протонов и/или частиц
темной энергии. За время жизни протона,
лет,
космические плотности и их отношения меняются на многие порядки порядков (!),
тогда как равенство (22) остается в силе, будучи равенством независящих
от временем величин.
С точки зрения соотношений (22), наблюдаемая близость плотностей
вакуума и темной энергии связана лишь с тем, что современная
эпоха - это эпоха перехода от пребладания темной энергии к преобладанию
вакуума. Действительно, из формул (10), (12), (22) имеем для всех
четырех плотностей:
 |
(23) |
, и потому плотности совпадают.
Другой вопрос, почему нам
довелось жить именно в эту переходную эпоху; здесь вступают в игру аргументы
совсем другого рода, связанные с антропным принципом
[53,54],
и мы в них
вдаваться не будем. Но вопрос о том, почему все четыре плотности оказались
совпадающими, становится теперь ясным: это прямое следствие соотношений
симметрии (22),
если применять их как `первичные' соотношения для вычисления плотностей в
эпоху, когда - временно,
и потому случайно - радиус кривизны открытого мира совпал с величиной
.
<< 8. Внутренняя симметрия | Оглавление | 10. Происхождение видов >>