Квантовые физики превращают флуктуации вакуума в двигатель тёмной энергии
В конце 1990‑х астрономы смотрели на далёкие сверхновые и, судя по воспоминаниям, сперва решили, что где‑то накосячили с данными. Вселенная оказалась не просто в режиме «разлетаемся потихоньку», а разлетается всё быстрее — как будто кто‑то подкинул под неё невидимый реактивный ранец.
Этот ранец мы сегодня называем тёмной энергией, и это не поэтический образ, а вполне конкретный вид энергии вакуума, который расталкивает галактики.
Теория струн, один из главных претендентов на роль общей картины мира, всё это время смотрела на ситуацию примерно как строгий математик на шумный праздник: красивые конструкции прекрасно жили в мирах с нулевой или отрицательной энергией вакуума, но очень упрямо отказывались рождать космос, хоть отдалённо похожий на наш.
Новая работа Бруно Бенто и Мигеля Монтеро из Института теоретической физики в Мадриде (IFT) впервые даёт явный, до деталей просчитанный пример такой струнной вселенной. С оговорками — и мы до них ещё доберёмся.
«То, что раньше было лишь общей надеждой, теперь обрело конкретную математическую форму», — пишут в IFT.
Это ещё не портрет нашей Вселенной, а скорее честный черновик: на нём теоретики впервые доводят струнную конструкцию до состояния, где тёмная энергия не выглядит чужеродным придатком, а возникает из самой модели.
О чём вообще спор: геометрия Вселенной
Тёмная энергия ведёт себя как положительная энергия вакуума. В языке общей теории относительности это означает, что наша Вселенная устроена примерно как пространство де Ситтера — геометрия с положительной «космологической постоянной».
Теория струн же исторически чувствует себя комфортно в анти‑де‑ситтеровском пространстве, с отрицательной вакуумной энергией. Именно такие миры лучше всего поддаются расчётам.
Возникает принципиальный конфликт:
- наблюдения говорят о положительной тёмной энергии;
- большинство просчитанных струнных моделей уводит в миры с нулевой или отрицательной энергией.
Для критиков теории струн это был сильный аргумент: как претендовать на описание реального мира, если даже знак энергии не получается правильным? Спор этот не схоластический. За последние десятилетия при попытках получить де‑ситтеровское решение в теории струн исследователи многократно упирались в разные варианты но‑го теорем. В какой‑то момент часть сообщества начала всерьёз обсуждать сценарий, при котором в рамках конкретных классов моделей вселенные с положительной энергией вакуума вообще не реализуются.
Как в игру вступает эффект Казимира
Вот тут и начинается фокус. Отправная точка у них на удивление старая и приземлённая: берут классический казимировский трюк с вакуумом между пластинами и переносят его в многомерную геометрию струн. Вакуум никогда не бывает полностью пустым: поля немного «дрожат», частицы постоянно рождаются и исчезают.
В 1948 году Хендрик Казимир показал, что между двумя проводящими пластинами возможны не все такие флуктуации. Длинные волны там «не помещаются», поэтому плотность энергии между пластинами оказывается меньше, чем снаружи, и появляется сила, стягивающая пластины.
Бенто и Монтеро переносят эту логику в мир теории струн. Чтобы прийти к знакомым четырём измерениям, лишние измерения нужно «свернуть» в компактное многомерное пространство. Идея такая:
- роль зазора между пластинами играет шестимерное многообразие, в котором спрятаны дополнительные измерения;
- квантовые флуктуации внутри него ограничены, как и в эффекте Казимира;
- этот «казимироподобный» вклад можно рассчитать и использовать, чтобы вытолкнуть энергию вакуума в нужную сторону.
*Авторы называют свой метод «полностью явным, восходящим максимумом де Ситтера в М-теории». Когда читаешь такие работы, очень легко представить себе этих людей, которые честно просчитали вклад каждой моды колебаний в свёрнутых измерениях — и не провалились в бесконечности. * [arXiv:2507.02037]
Как устроена новая модель
Чтобы упростить задачу, авторы начинают не с обычной 10‑мерной теории струн, а с родственной ей 11‑мерной М‑теории («матери всех суперструн»). Вычислений меньше, а свободы больше.
«Преимущество этой установки в том, что всё можно описать в рамках супергравитации, не влезая в дебри чисто струнных ингредиентов», — поясняют они.
Дальше — несколько ключевых выборов:
- Дополнительные измерения сворачиваются не в сложные «калаби-яу», а в относительно простые римановы плоские многообразия — по сути, многомерные «бублики». Мне особенно понравилось, как авторы здесь сознательно уходят от экзотики в сторону грубой, почти топорной геометрии. Это честно.
- В этих измерениях запускаются потоки — силовые линии полей.
- Добавляется казимироподобный вклад от ограниченных квантовых флуктуаций.
Потоки стремятся раздувать объём многомерного «пончика», а эффект Казимира, наоборот, тянет к сжатию. Тонко настраивая их баланс, Бенто и Монтеро получают положительную, но маленькую энергию вакуума.
Если совсем огрубить картинку, они добились двух вещей, о которых раньше чаще вздыхали, чем писали в статьях.
Первая — не на словах, а прямо в формулах появляется конкретное де‑ситтер‑решение, то есть пространство с ускоренным расширением, а не абстрактная мечта на полях блокнота.
Вторая — вся эта конструкция описана не в стиле «поверьте, так можно», а достаточно подробно, чтобы в принципе выжать из неё числа и сравнить с тем, что видят астрономы.
В числах тёмная энергия в их конструкции оказывается порядка 10⁻¹⁵ в планковских единицах. Это гигантски больше крошечного наблюдаемого значения 10⁻¹²⁰, но важно само направление — энергия получена конечной и положительной.
Пятый лишний: почему модель ещё не про нас
При всей красоте конструкции есть серьёзная загвоздка. После сворачивания измерений из исходных 11 остаётся не четыре, а пять размеров пространства‑времени.
Физик Антонио Падилья из Ноттингемского университета резюмирует проблему с присущей учёным прямотой: «Они нашли пятимерное де-ситтеровское решение. А мы с вами живём не в пяти измерениях». [Quanta Magazine]
Сам Бруно Бенто честно говорит: пока у нас нет нормального четырёхмерного решения, это не «ответ всерьёз», а важный шаг в его сторону.
Сжать пятимерную игрушку до вселенной, похожей на нашу, — отдельная акробатика, и никто не обещает, что она вообще сработает. И, честно говоря, я аккуратно перефразирую их осторожную позицию: пока это не столько «теория нашего мира», сколько доказательство того, что такая теория в принципе возможна.
Нестабильная тёмная энергия: плюс или минус
Ещё одна важная особенность новой вселенной: её тёмная энергия нестабильна — конструкция начинает капризничать. Значение энергии вакуума со временем должно меняться, пусть и очень медленно. Эпоха почти постоянной тёмной энергии в такой модели конечна.
И это любопытно перекликается с наблюдениями. Данные спектроскопического прибора DESI в сочетании с реликтовым излучением указывают, что параметр уравнения состояния тёмной энергии *w*, возможно, не жёстко зафиксирован на отметке «минус единица», а его производная по времени отлична от нуля. [arXiv:2404.08056]
Тёмная энергия, кажется, слегка «дышит». На мой вкус, это самый интригующий намёк последних лет — хотя я бы не стал пока закладывать его в картину мира как установленный факт.
Если эти намёки переживут проверку, модель Бенто и Монтеро внезапно окажется не «недотянутой», а наоборот, чуть впереди тренда. Она изначально рисует Вселенную, где тёмная энергия не сидит смирно, а понемногу ползёт во времени.
Не одинокие пионеры
Идея использовать казимироподобные эффекты витала в воздухе давно. Статья Евы Сильверстайн и коллег 2021 года прямо указывала на такой подход. Я бы сказал, что именно там впервые прозвучала мысль вслух: а давайте-ка попробуем вот так. Почти одновременно с Бенто и Монтеро группа Джангуидо Далл’Агаты и Фабио Цвирнера предложила близкий по духу вариант — его мы упомянем, но без деталей, чтобы не утонуть.
Когда разные группы, не сговариваясь, приходят к похожим казимироподобным рецептам, это уже не выглядит единичной выдумкой авторов одной статьи, а начинает походить на рабочий приём, который стоит принимать всерьёз.
Любопытная деталь: сами Бенто и Монтеро ранее в соавторстве доказали «но-го» теорему для де-ситтеровских решений именно на римановых плоских многообразиях. [arXiv:2510.18945]
Казалось бы, они своими руками закрыли себе дверь. А потом нашли способ приоткрыть её ровно настолько, чтобы протиснулся пятимерный мир с эффектом Казимира.
Что это делает с теорией струн
Для людей внутри струнного мира вся эта история выглядит заметно громче, чем для случайного читателя новостей.
Раньше разговор о де‑ситтере часто заканчивался усталым «там всё мутно, давайте не сейчас». Теперь отмахнуться одним вздохом уже не получается:
- де‑ситтер здесь не объявлен по газетному заголовку, а действительно выползает из расчётов;
- путь к положительной энергии вакуума не спрятан за туманным «мы так считаем», его можно шаг за шагом прогнать чужими руками;
- сама схема достаточно проста, чтобы независимая группа могла разобрать её по косточкам — либо повторить, либо разнести в клочья, но уже по делу.
При этом корзина с возражениями никуда не делась, и это не декоративный баланс ради приличия.
- Пятое измерение никуда не делось: оно торчит, как лишний болт в собранном конструкторе, и в такой вселенной мы явно не живём.
- Тёмная энергия по построению не имеет права быть идеально спокойной, модель буквально заставляет вакуум менять настроение со временем.
- А численное значение энергии всё ещё уныло далеко от наблюдаемого — тут один «казимироподобный фокус» чудес не делает.
Сами авторы не скромничают в оценках: «Это полностью явный, восходящий максимум де Ситтера в М-теории с точно вычисляемой энергией вакуума».
Главные вопросы на будущее
Эта статья не ставит точку, она скорее аккуратно подсвечивает, где именно сейчас самые тонкие места:
- Во‑первых, нужен честный четырёхмерный вариант с тем же механизмом, а не пятимерный эскиз на доске.
- Во‑вторых, хотелось бы понять, удаётся ли вообще сделать тёмную энергию в такой схеме более спокойной или хотя бы растянуть период её квазипостоянства.
- И наконец, придётся сводить красивые параметры в формулах с грязными наблюдаемыми величинами, то есть проверять, дотягивает ли эта игрушка до реального неба.
За последние десятилетия де‑ситтер в теории струн не раз обещали «вот‑вот приручить» и каждый раз оказывалось, что поводок рвётся. Поэтому нынешний оптимизм в сообществе сильно разбавлен осторожностью: многие предпочитают подождать, пока независимые группы покрутят эту конструкцию в руках.
Я, разумеется, сглаживаю кучу технических углов, но суть здесь в другом: у нас появился первый подробно просчитанный пример струнной конструкции, где положительная энергия вакуума с ускоренным расширением возникает из модели, пусть пока в пятимерном и нестабильном варианте.
Даже самые мрачные скептики теперь спорят не с фантомом, а с довольно конкретным чертежом, который можно крутить, улучшать — или уронить, если он не выдержит проверки.
Мне лично нравится, что охота за струнной моделью нашей Вселенной постепенно смещается от громких лозунгов к скучным, но честным вычислениям. Охота, конечно, никуда не делась — просто теперь в руках у охотников появилось ещё одно, довольно необычное ружьё.
Охота за струнной моделью нашей Вселенной продолжается.
**********
Источники и ссылки
- Основная статья Бенто и Монтеро: arXiv:2507.02037
- Статья о «но-го» теоремах: arXiv:2510.18945
- Статья Quanta Magazine: String Theory Can Now Describe a Universe That Has Dark Energy
- Данные DESI: arXiv:2404.08056
- Пресс-релиз IFT: String Theory Can Now Describe a Universe That Has Dark Energy
**********
Я не учёный — просто люблю читать тех, кто им является. Все факты проверены по научным источникам, открытые вопросы названы открытыми. Нашли ошибку — пишите в комментарии, буду благодарен.
Пишу о вещах, после которых по-другому смотришь на мир вокруг. Если это ваше — кнопка подписки рядом.
**********
#теорияструн #тёмнаяэнергия #космология #физика #астрономия #Quanta #наука #вселенная