 |
Астронет: А. Д. Чернин/ГАИШ Темная энергия вблизи нас http://www.variable-stars.ru/db/msg/1210535/node7.html |
6. Всемирное антитяготение
Почему вакуум создает не тяготение, а антитяготение?
Все дело в том, что вакуум Эйнштейна-Глинера обладает, как мы уже сказали выше, не только определенной плотностью, но также и давлением. Уравнение состояния вакуума таково, что если его плотность положительна, то его давление отрицательно. Причем по абсолютной величине плотность и давление равны (см. выше).
Согласно общей теории относительности, тяготение создается не только плотностью среды, но и ее давлением. Так что "эффективная" плотность, создающая тяготение, складывается из двух слагаемых:
Но при указанном выше уравнении состояния вакуума такая сумма оказывается отрицательной:
Отсюда и антитяготение вакуума: отрицательная эффективная плотность создает "отрицательное" тяготение. Если поместить в вакуум две частицы, то он заставит их двигаться прочь друг от друга. В отличие от всемирного тяготения, всемирное антитяготение стремится не сблизить тела, а, напротив, удалить их друг от друга.
Так как по наблюдательным данным о сверхновых, о которых мы упоминали, плотность вакуума превышает суммарную плотность всех остальных видов космической энергии, в наблюдаемой Вселенной антитяготение сильнее тяготения, и космологическое расширение обязано происходить с ускорением. Раз наблюдаемое расширение Вселенной происходит с ускорением, оно будет продолжаться неограниченно долго - ничто уже не способно этому помешать. При этом средняя плотность не-вакуумной компоненты - вещества и излучения - будет при расширении только убывать. Но это означает, что создаваемое ими тяготение никогда не уже не будет преобладать во Вселенной. Динамическое доминирование вакуума будет только усиливаться, а разбегание галактик будет происходить все быстрее и быстрее.
Обратимся от будущего Вселенной к ее прошлому. Если смотреть назад по времени, то мы увидим, что плотность вещества в прошлом была больше, чем сейчас. В раннюю эпоху расширения она превосходила плотность вакуума. Был и такой момент в истории Вселенной, когда плотность вещества равнялась модулю эффективной плотности вакуума. В этот миг тяготение вещества точно компенсировалось антитяготением вакуума: это был момент нулевого ускорения в динамической истории мира.
Условие нулевого ускорения можно записать как равенство
Здесь 
- плотность обычного вещества, сумма плотности
темной материи и барионного вещества. Равенство имеет место в
эпоху, которая характеризуется красным смещением 
. Величина
красного смещения служит меткой различных эпох в истории
Вселенной, а также и меткой расстояний в расширяющейся Вселенной.
Нынешней эпохе отвечает, очевидно, нулевое красное смещение, а
моменту начала расширения - бесконечное красное смещение. Через
красное смещение выражается возраст мира в каждый данный момент.
Через красное смещение можно выразить и изменение плотности
вещества в ходе космологического расширения:
Здесь 
- плотность вещества в современную эпоху.
Как мы уже говорили, на вещество приходится сейчас примерно 30%
энергии (а значит и плотности) Вселенной. Остальное - почти
вакуум. Так что отношение плотности вещества к плотности вакуума
составляет сейчас примерно 3/7. Отсюда с помощью условия
равновесия находим:
Красное смещение замечательно тем, что это непосредственно
измеряемая величина в космологии. Когда астрономы изучают
какую-либо далекую галактику, они прежде всего определяют ее
красное смещение по положению линий в ее спектре. С красным
смещением имеют дело и астрономы, изучающие темную энергию в
наблюдениях далеких сверхновых звезд. Как мы теперь понимаем,
важнее всего изучать сверхновые с красным смещением около
единицы. Тем самым мы можем увидеть Вселенную на грани эпохи
преобладания тяготения вещества и в начале эпохи преобладания
антитяготения вакуума. Это и удалось сделать в последние годы.
Измеряя видимую светимость сверхновых на красных смещениях вблизи
, наблюдатели смогли установить, что там и тогда
действительно произошла смена замедления на ускорение.
Зная красное смещение, можно - с помощью теории Фридмана - оценить возраст мира в тот момент, когда был испущен принимаемый сейчас свет. Красному смещению около единицы отвечает возраст мира в 7-8 млрд лет. Так как современный возраст мира составляет 14-15 млрд. лет, можно сказать, что в первую половину истории Вселенной космологическое расширение замедлялось под действием тяготения, а во вторую оно ускорялось под действием антитяготения.
Наблюдая сверхновые какими они были 7-8 млрд лет назад, астрономы проникают вглубь Вселенной на расстояния 7-8 млрд световых лет. Самые большие расстояния, принципиально доступные наблюдению, соответствуют горизонту мира - до него 14-15 млрд световых лет: это путь, который может пройти свет за все время существования Вселенной. Так что темная энергия обнаружила себя на полпути к горизонту мира.
<< 5. Плотность темной энергии | Оглавление | 7. Мир антитяготения >>