О решении загадки космологической постоянной
Проблема космологической постоянной давно занимает учёные умы. Однако многие теории, позволяющие избавиться от неё, модифицировав взамен гравитацию, вносят такие феномены, как тахионы и духи, которые могут быть хуже самой болезни. Впрочем, по мнению некоторых исследователей, выход есть.
Основное внимание учёный уделил загадке космологической постоянной — одной из главных нерешённых проблем современной физики.
Кратко напомним историю вопроса. В начале XX века Альберт Эйнштейн сформулировал основные положения и идеи общей теории относительности (
С самого начала она была введена туда искусственно. Изначально эта величина внедрялась для допущения существования статического решения уравнения — обоснования возможности существования статической Вселенной. Эйнштейну как-то не верилось, что Вселенная может расширяться или сжиматься, но беда была в том, что без члена с

В 1919 году Артур Эддингтон на основе наблюдений полного солнечного затмения показал, что свет от звезды искривлялся гравитацией Солнца в точном соответствии с предсказаниями ОТО. (Негатив и фото F. W. Dyson, A. S. Eddington, C. Davidson.) |
Но «хеппи-энд» оказался невечным. В 1998 году две крупные научные группы почти одновременно опубликовали результаты наблюдений за динамикой светимости сверхновых звёзд. По зависимости их светимости от расстояния исследователи выяснили, что эти сверхновые не просто удаляются от земных наблюдателей, но и делают это со всё возрастающей скоростью.
«Для объяснения в рамках ОТО новых экспериментальных данных, указывающих на ускоренное расширение Вселенной, требуется возвращение гипотезы космологической постоянной или же другие смелые допущения, — комментирует Седрик Деффайе. — Например, введение нового слабовзаимодействующего поля или поиск иных источников тёмной энергии, которая даёт 75% вклада в общую энергию Вселенной. Год назад за это открытие
Сейчас космологическая постоянная ассоциируется с
Один из возможных способов объяснения аномальной малости космологической постоянной использует
Ключевая сложность таких гипотез заключается в том, что они должны одновременно отличаться от нынешних теорий гравитации для больших расстояний и совпадать с ними на малых, где имеющиеся теории гарантированно работают. «Если мы предлагаем модификацию теории гравитации, которая позволила бы описать эффекты тёмной энергии на больших космологических масштабах, то нужно позаботиться о том, чтобы на малых расстояниях продолжала работать гравитация Ньютона или Эйнштейна, — замечает на этот счёт ведущий научный сотрудник сектора теории элементарных частиц ФИАНа
Основная идея модифицированной теории гравитации состоит в устранении космологической постоянной и каких-либо новых полей, имитирующих таковую. Как уже отмечалось, никакого теоретического обоснования ни у постоянной, ни у новых полей нет. Вместо этого теория изменяет сами законы тяготения/гравитации на больших (в космологических масштабах) расстояниях и отрезках времени, что вполне может привести к объяснению ускоренного расширения Вселенной. Одна из таких новых моделей — массивная гравитация, в которой гравитон (переносчик гравитационных взаимодействий) считается массивной частицей. Доклад Седрика Деффайе как раз и строился на том, что отказаться от космологической постоянной в уравнениях ОТО можно, добавив в них дополнительный член, связанный с массой гравитона.
Но в такой модели тоже есть свои трудности. Так, в модифицированных теориях гравитации с массивным гравитоном возникают феноменологически запрещённые частицы —
«Дýховое» (здесь речь идёт о «плохих духах», bad ghosts) состояние означает, что теоретически существуют

Так выглядел бы гипотетический тахион, если бы его можно было увидеть. Когда он проходит мимо ближайшей к наблюдателю точки, тот увидит возникший вдруг объект, разделяющийся на две удаляющиеся в разные стороны части. (Илл. Wikimedia Commons.) |
Другое неприятное следствие существование дýхов (если их не исключить из теорий модифицированной гравитации) — появление
В своих работах Седрик Деффайе изучает механизм разрешения этой проблемы. Для этого он анализирует различные нелинейные теории массивной гравитации, предполагающие сложную зависимость закона тяготения от пространственного масштаба, на котором он действует, и гарантирующие отсутствие тахионных и дýховых нестабильностей.
Проблемой таких теорий, как и почти всех современных модификаций общей теории относительности, является то, что они должны быть подстроены под экспериментальные данные при помощи внешних параметров. В то же время в современной космологии такая процедура грубой подстройки руками параметров теории считается контрпродуктивным направлением, по сути не отличающимся от внедрения той же космологической константы.
Наилучшей теорией модифицированной гравитации были бы какие-то естественные механизмы, которые приводили бы к известному чрезмерно малому значению космологической постоянной без внедрения новых сторонних параметров. Поиск таких механизмов активно ведётся.
Подготовлено по материалам
Комментарии (2):
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.
А могли ли вообще несуществовать Вселенной?