Если мыслить по обычной логике, расширение Вселенной должно было давно замедлиться.
Причина простая - гравитация.
Во Вселенной есть масса.
Есть галактики.
Есть огромные скопления материи.
Гравитация притягивает объекты друг к другу.
Значит расширение космоса со временем должно тормозиться.
И долгое время именно так и думали физики.
Но в конце XX века выяснилось нечто неожиданное.
Расширение не просто продолжается.
Оно ускоряется.
Как это обнаружили
В 1990-х годах две независимые группы астрономов начали изучать очень далекие сверхновые типа Ia.
Это особые взрывы звезд.
Они важны тем, что обладают почти одинаковой яркостью.
Поэтому их используют как космические "стандартные свечи".
Измеряя их видимую яркость, можно определить расстояние до галактики.
Когда ученые сравнили расстояния и скорость удаления галактик, результат оказался неожиданным.
Далекие сверхновые оказались слабее, чем ожидалось.
Это означало, что они находятся дальше.
А значит в прошлом расширение было медленнее.
Сегодня оно идет быстрее.
Появление темной энергии
Чтобы объяснить ускорение расширения, физики ввели новое понятие - темная энергия.
Это форма энергии, которая равномерно заполняет пространство.
Ее особенность - отрицательное давление.
В уравнениях общей теории относительности такое давление вызывает ускоренное расширение пространства.
По современным оценкам темная энергия составляет около 68 процентов всей энергии Вселенной.
Это доминирующий компонент космоса.
Почему гравитация не побеждает
Гравитация действительно действует между галактиками.
Но на очень больших масштабах эффект темной энергии оказывается сильнее.
Материя притягивает.
Темная энергия расталкивает пространство.
Пока плотность материи уменьшалась из-за расширения, плотность темной энергии оставалась примерно постоянной.
Со временем ее влияние стало доминировать.
И расширение начало ускоряться.
Подтверждение из разных наблюдений
Сверхновые были лишь первым сигналом.
Позже ускоренное расширение подтвердили другие методы.
Например:
- измерения космического микроволнового фона
- крупномасштабная структура галактик
- барионные акустические осцилляции
Все эти данные согласуются с моделью Вселенной, где присутствует темная энергия.
Что это может быть
Мы пока не знаем точную природу темной энергии.
Есть несколько возможных объяснений.
Первое - космологическая постоянная.
Это энергия вакуума, которую еще Эйнштейн ввел в свои уравнения.
В этом случае плотность энергии пространства постоянна.
Второе - динамическое поле, иногда называемое квинтэссенцией.
В этом сценарии энергия может изменяться со временем.
Пока наблюдения больше соответствуют первому варианту.
Что будет дальше
Если темная энергия действительно постоянна, расширение будет ускоряться бесконечно.
Через десятки миллиардов лет большинство галактик исчезнет за горизонтом наблюдаемости.
Останется только локальная группа галактик.
Вселенная станет темнее и более пустой.
Этот сценарий называют тепловой смертью космоса.
А может ли расширение снова замедлиться
Теоретически да.
Если темная энергия со временем изменит свои свойства, баланс сил может поменяться.
Но пока наблюдения не показывают таких признаков.
На сегодняшний день лучшая модель космологии говорит - ускорение будет продолжаться.
Честный вывод
Расширение Вселенной не замедляется потому что космос содержит компонент, который действует противоположно гравитации.
Эта компонента - темная энергия.
Она:
- заполняет все пространство
- имеет отрицательное давление
- становится доминирующей при расширении Вселенной
Мы не знаем ее природу.
Но ее влияние видно в наблюдениях.
И получается странный парадокс.
Гравитация пытается собрать космос.
Но сама энергия пространства заставляет его разлетаться все быстрее.
Вселенная расширяется.
И, похоже, будет делать это еще очень долго.