Стандартная космологическая модель проста. Расширяющаяся Вселенная обладает полной плотностью массы, соответствующей почти плоской геометрии, и её современный массовый бюджет доминируется двумя компонентами: космологической постоянной — называемой «тёмной энергией» и слабо взаимодействующими частицами — называемыми «тёмной материей».
Простейшее воплощение тёмной энергии — это постоянная плотность энергии вакуума, обычно называемая «космологической постоянной». Эту возможность предположил Альберт Эйнштейн как источник отталкивающей гравитации, которая уравновешивала бы притягивающую гравитацию космической материи — до того как стало ясно, что Вселенная расширяется. В случае с космологической постоянной тёмная энергия является природной константой, подобно другим постоянным Стандартной модели физики частиц, таким как масса и заряд электрона.
Наиболее естественное значение космологической постоянной — это плотность энергии Планка, которая на 122 порядка превышает наблюдаемое значение. В сотрудничестве с Марком Херцбергом я недавно написал статью, в которой связывается это малое значение с массой и зарядом электрона в контексте набора основных принципов квантовой гравитации. Однако струнная теория — наиболее популярный кандидат на фундаментальную теорию квантовой гравитации — предсказывает огромное число возможных вакуумных состояний. Она объясняет наблюдаемое значение космологической постоянной с помощью антропного подхода: значительно большие значения помешали бы формированию структур, таких как галактики наподобие Млечного Пути, в которых рождаются звёзды вроде Солнца, рядом с которыми появляются планеты, подобные Земле. В этой антропной интерпретации наша Вселенная оказывается «тонко настроенной» для того, чтобы мы могли в ней существовать, потому что другие области пространства-времени в мультивселенной не приводят к появлению сознательных наблюдателей, таких как мы.
На прошлой неделе коллаборация DESI опубликовала серию статей с новым анализом тёмной энергии, основанным на трёхлетних данных, охватывающих почти 15 миллионов галактик и квазаров. Наблюдения DESI были объединены с данными исследований космического микроволнового фона, сверхновых и слабого гравитационного линзирования. Стандартная космологическая модель с трудом объясняет все эти наблюдения вместе взятые, но модель, в которой плотность тёмной энергии уменьшается с космическим временем, хорошо согласуется со всеми текущими данными.
Если это подтвердится будущими данными, вывод испортит простоту стандартной космологической модели. Это будет означать, что тёмная энергия эволюционировала со временем и не является космологической постоянной. Однако доказательства пока остаются предварительными: статистическое расхождение между данными и стандартной моделью составляет максимум 4.2 сигмы, то есть вероятность случайной ошибки — примерно одна из 50 000.
Если это расхождение со стандартной моделью подтвердится в течение года-двух, теоретически это будет сложно объяснить. В таком случае придётся не только «тонко настроить» значение тёмной энергии до уровня, в 122 раза меньшего планковского масштаба, но и объяснить, почему временной масштаб её эволюции совпадает с нынешним возрастом Вселенной. Ни антропные доводы, ни комбинации фундаментальных констант не объясняют это совпадение времён. Возникает интригующая возможность: возможно, мы не понимаем гравитацию в космическом масштабе.
Но в нарушении стандартной модели есть и космические плюсы. При наличии космологической постоянной ускоренное расширение Вселенной будет продолжаться вечно, и наша галактика останется в пустом пространстве, когда возраст Вселенной увеличится в десять раз. Как я указал в статье 2001 года — вскоре после открытия ненулевой космологической постоянной — все удалённые галактики исчезнут за пределами нашего космического горизонта событий, а их изображения «застынут» и поблекнут, как светлячки, падающие в горизонт событий чёрной дыры. Космический микроволновой фон будет экспоненциально затухать с течением времени до недетектируемого уровня, и наши потомки окажутся окружены тьмой и одиночеством. Ни один космический корабль, ограниченный скоростью света, не сможет покинуть эту неизбежную тюремную камеру, созданную космическим горизонтом пространства-времени, в котором доминирует космологическая постоянная. В отличие от тюрьмы чёрной дыры, где тело заключённого разрывается приливными силами за конечное время у центральной сингулярности, во Вселенной, доминируемой космологической постоянной, заключённый замерзает насмерть во тьме пустого пространства.
Но если тёмная энергия со временем исчезнет, то будущее внегалактической астрономии будет гораздо более светлым. С усовершенствованными инструментами будущие наблюдатели смогут видеть больше галактик, чем мы видим сегодня, и Вселенная не будет одиноким местом. Для тех из нас, кто не страдает от космической клаустрофобии и желает наслаждаться обществом инопланетных цивилизаций в других галактиках, это — гораздо более радужное будущее.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь пожалуйста на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos