Что такое космологическая постоянная или как "ошибка Эйнштейна" перевернула современную физику

В конце прошлого века ученые исследовали существование тёмной энергии  сверхновых и тёмной материи, и вернулись к космологической постоянной, некогда отвергнутой Альбертом Эйнштейном.

Что такое космологическая постоянная, точного ответа никто ещё не дал. Она требуется в системах космологических уравнений, для того чтобы теоритические данные соответствовали наблюдаемым на самом деле.

Космологическая постоянная считается необъяснимой формой энергии, стабилизирующей гравитационное взаимодействие. Некоторые физики допускают ее эквивалентность с тёмной энергией.

Как космологическая постоянная появилась на свет?

Альберт Эйнштейн изобрёл понятие космологической постоянной. Он ввёл её, чтобы скорректировать определённые просчеты в своей Общей теории относительности (ОТО). В то время физики считали, что Вселенная статична и не расширяется и не сжимается, но работа Эйнштейна показала, что гравитация заставляет Вселенную делать и то, и другое. Альберт Эйнштейн добавил к своим результатам корректирующий элемент, обозначаемый как греческая буква лямбда. Этот введённый параметр должен был удерживать Вселенную на месте.

Однако, через десять лет Эдвин Хаббл обнаружил, что космические объекты удаляются от наблюдателя (Земли). А это, в свою очередь, свидетельствует о расширении (или разбегании) Вселенной. Альберт Эйнштейн позже сказал, что космологическая постоянная это его крупная ошибка, но об это мы подробнее поговорим ниже.

Открытия Хаббла привели к длившимся десятилетиями дебатам о правильности существования новой постоянной. Всё изменилось в конце прошлого века, когда астрономы, изучающие сверхновые звёзды, открыли то, что Вселенная не только увеличивается в размерах, но и делает это с ускорением. Эту "магическую" антигравитацию, необходимую для объяснения ускоренного расширения, назвали "темной энергией".

В 20-х годах прошлого века российский учёный Александр Фридман вывел формулу, известную сегодня как уравнение Фридмана. Эта формула определяет взаимодействие во Вселенной с момента Большого взрыва.

Подставив лямбду Эйнштейна в уравнения Фридмана, ученым удалось точно описать Вселенную с ускоряющейся скоростью расширения. Эта модификация уравнения Фридмана на сегодняшний день лежит в основе новой космологической теории.

ЧТО ЭТО ЗА МАГИЧЕСКОЕ ЧИСЛО?

На вопрос "А что же такое космологическая постоянная" на сегодняшний день вы не получите исчерпывающего ответа. Никто просто не знает что это на самом деле. Некоторые считают её тождественной с "тёмной энергией", но это ничего не проясняет, поскольку темная энергия - это только название таинственной субстанции, противостоящей гравитации. Фактически, мы возвращаемся к применению Эйнштейном коэффициента подтасовки.

Однако, современная физика частиц может дать нам некоторые подсказки о смысле космологической постоянной. Вакуум "населяют" так называемые, виртуальные частицы. Это физические частицы, например, фотоны, электроны, позитроны и тд., которые то образуются, то исчезают в пространстве. Эта постоянная активность порождает энергию, которая приводит к расширению Вселенной.

На рисунке изображён график скорости расширения Вселенной в разных направлениях. В центре это карты расположена наша галактика (не путать с Геоцентрической теорией строения мира :) ). Черный и пурпурный цвета указывают направление медленного расширения (так называемая постоянная Хаббла), а желтый и красный - направление самого быстрого расширения.

Однако связь между энергией вакуума и космологической постоянной менее очевидна. По данным наблюдения за сверхновыми звёздами было установлено, что величина энергии должна быть не очень большой, такой, чтобы на расширение вселенной до сегодняшних показателей, потребовалось несколько миллиардов лет.

Но при расчёте количества энергии, высвобождаемой при взаимодействии виртуальных частиц, учёные получают результаты, на 120 порядков превышающие известные данные.

Ещё одной интересной версией является то, что космологическая постоянная - это никакая не постоянная, а изменяющаяся со временем величина.