Существуют ли параллельные вселенные и что такое энергия вакуума? Отвечаем на один из самых сложных вопросов про космос
Есть теория, что наша вселенная — это маленький пузырек в большом море мультивселенных. По сути, космос представляет собой бесконечное пустое пространство, в котором откуда-то берется небольшое, но постоянное количество энергии. Она называется энергией вакуума, темной энергией или космологической постоянной.
Существование этой величины было предсказано двумя фундаментальными физическими теориями: квантовой и общей теорией относительности. Ученым удалось на практике узнать значение космологической постоянной. Но оказалось, что оно расходится с теоретическим значением как минимум на 120 порядков.
Получается, что космос гораздо более пустой, чем должен быть. Но почему?
Ошибка Эйнштейна
Решения так называемой проблемы космологической постоянной у ученых пока нет, но, по всей видимости, нам крупно повезло, что космос оказался таким низкоэнергетичным. Если бы космологическая постоянная была чуть больше, то вселенная расширялась бы на такой высокой скорости, что галактики, планеты и люди просто не смогли бы появиться. И тут возникает вопрос: как в безразличной вселенной могла появиться такая тонкая настройка под существование жизни?
Ответ пока один. Вселенных на самом деле много, в каждой из них разное значение космологической константы, и люди просто появились в одной из них как побочный продукт низкой энергетичности.
Ученым не нравится идея мультивселенных, потому что ее невозможно проверить. Но, к сожалению, других объяснений космологической проблемы пока нет. Космологическую постоянную вывел Альберт Эйнштейн, и он сам считал ее ошибкой. Эйнштейн изобрел это значение, полагая, что вселенная находится в неизменном состоянии, что невозможно по закону всемирного тяготения Ньютона. Чтобы как-то уравновесить вселенские силы и оставить галактики на одном расстоянии друг от друга, Эйнштейн буквально выдумал силу, которая будет их растаскивать. Ею и стала космологическая постоянная.
Потом великий физик узнал, что вселенная отнюдь не статична и без сожалений выбросил космологическую постоянную из своей теории. Но в 1998 году астрофизики вычислили, что скорость расширения вселенной не уменьшается под воздействием силы тяжести, а, наоборот, увеличивается. И тут-то ученые вспомнили об «ошибочной» постоянной Эйнштейна. Вселенная под действием этой силы быстро расширяется, порождая новые космические тела, и общее количество энергии в пространстве неуклонно растет.
Инфляция против мультивселенной
Основная проблема в том, что определенное в результате опытов значение постоянной не сходится с квантовой теорией поля. Квантовое поле считается пустым, если частицы в нем не возбуждены. Но принцип неопределенности показывает, что квантовое поле изменчиво, и энергия в нем никогда не может быть равна нулю. Кроме того, на вакуум воздействуют отрицательная энергия силовых полей и положительная энергия материи. Высчитав все эти значения, ученые получают цифру, которая отличается от реальной на 60 — 120 порядков.
Как будто на вакуум не влияют никакие внешние силы, потому что противоположные энергии силовых полей и материи взаимоуничтожили друг друга, но такая удивительная симметрия маловероятна. Еще одна проблема — момент Большого взрыва. Энергию вакуума следует рассматривать как антигравитационную силу. Но если она так ничтожно мала, то почему смогла «растаскать» вселенную в момент ее максимальной плотности?
Решение этой проблемы активно разрабатывается. Ученые отказались от мысли, что космологическая постоянная действительно была постоянной на протяжении всей истории вселенной. Сейчас набирает популярность теория инфляции, по которой в момент Большого взрыва энергия так называемого «ложного» вакуума была значительно больше гравитации и буквально взорвала вселенную. Под влиянием этой огромной силы объем вселенной удваивался раз в 10-34 секунды, а потом темпы расширения и вовсе стали увеличиваться в геометрической прогрессии, как целы при инфляции. Но состояние это было крайне неустойчивым, «ложный» вакуум в конце концов распался, и гравитационная постоянная обрела такие значения, которые мы можем наблюдать сейчас.
Исследователи отмечают, что теория инфляции – это очень достойная попытка решения проблемы с энергией вакуума, но пока она сама по себе несовершенна и, кроме того, оставляет многие вопросы без ответа. Сторонники мультивселенной считают, что теория инфляции, по мере своего развития, может стать настолько запутанной, что в ней потеряются даже те ответы, которые уже были даны. А вот с теорией мультивселенной такого не произойдет.
Комментарии