Альберт Эйнштейн ввёл космологическую постоянную в 1917 году, позже отказался от неё и, как сообщается, назвал её своей "величайшей ошибкой", но в 1998 году, астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Отвергнутая Эйнштейном идея внезапно снова стала полезной.
После того как он разработал общую теорию относительности и применил свои уравнения ко всей Вселенной, они дали результат, который не соответствовал общепринятой в то время картине. Вместо того чтобы мирно существовать вечно, космос, описываемый уравнениями, стремился расширяться или сжиматься.
У Эйнштейна было решение. Он добавил член, известный как космологическая постоянная, обозначаемая греческой буквой лямбда (Λ). Общая теория относительности допускала такой член, и он выбрал значение, которое противодействовало гравитационному притяжению материи. В результате получилась статичная Вселенная, которую тогда ожидали учёные.
Эйнштейн хотел, чтобы Вселенная оставалась неподвижной. Гравитация была очевидной силой, которую Эйнштейн хотел исследовать в космических масштабах. Вселенная в среднем электрически нейтральна, а это значит, что электромагнетизм не контролирует её поведение в больших масштабах. Эйнштейн ещё не знал о сильных и слабых ядерных взаимодействиях, но эти взаимодействия всё равно действуют только на очень коротких расстояниях.
Настоящий сюрприз заключался в самой гравитации. Уравнения Эйнштейна естественным образом склонялись к динамической Вселенной, а не к той, которая оставалась неизменной на протяжении всей космической истории.
Лямбда предложила математический способ решения этой проблемы. Этот член ведёт себя как гравитационное влияние, заложенное в самом пространстве-времени, и может существовать даже в пустом пространстве. В зависимости от его значения, его эффект может быть притягивающим или отталкивающим. Но Вселенная не была особенно заинтересована в сохранении статичности.
Иллюстрация, показывающая галактики, искажающие ткань пространства-времени (зеленым цветом), в то время как темная энергия (фиолетовым цветом) представлена как плавная сила, доминирующая над гравитацией в космических масштабах. © NASA/JPL-Caltech
Александр Фридман разработал теоретические работы, основанные на развивающихся решениях уравнений Эйнштейна, что помогло заложить основы того, что стало теорией Большого взрыва. Затем Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется.
Эйнштейну больше не нужна была лямбда-функция, чтобы удерживать космос в неподвижном состоянии. Он отказался от неё и, как рассказывает Universe Today, позже сказал друзьям, что введение этого термина было его "величайшей ошибкой".
В 1998 году Вселенная преподнесла ещё один сюрприз. К концу XX века астрономы установили, что Вселенная расширяется. Преобладало предположение, что гравитация всей материи, распределённой по космосу, постепенно будет действовать как тормоз, замедляя расширение Вселенной с течением времени.
В 1998 году две независимые группы астрономов приступили к измерению этого ожидаемого замедления, отчасти для того, чтобы разрешить противоречивые оценки фактического количества материи во Вселенной.
То, что они обнаружили, перевернуло эту картину. Вместо замедления - расширение Вселенной, по-видимому, ускорялось. Гравитация обычной и тёмной материи не могла объяснить такое поведение. Наблюдения показали, что другой компонент космоса противодействует гравитации в самых больших масштабах, фактически заставляя пространство расширяться быстрее с течением времени.
Это неожиданное открытие вернуло в обсуждение давно забытую космологическую постоянную Эйнштейна, известную как лямбда (Λ). Эйнштейн первоначально ввёл этот термин в свои уравнения общей теории относительности, чтобы учесть статическую Вселенную, но отказался от него, когда доказательства космического расширения стали убедительными. Теперь, спустя десятилетия, тот же математический элемент внезапно показался актуальным по совершенно другой причине.
Эволюция Вселенной от инфляции до сегодняшнего расширения, обусловленного тёмной энергией. © NASA/WMAP
Согласно Universe Today, космологическая постоянная предложила простейшее объяснение наблюдаемым явлениям: постоянный фоновый эффект, способный создавать космическое отталкивание, необходимое для объяснения ускоренного расширения. Отброшенная Эйнштейном лямбда-постоянная вернулась не для того, чтобы удерживать Вселенную в покое, а чтобы помочь объяснить, почему её расширение ускоряется.
Это загадочное явление стало ассоциироваться с тем, что учёные сейчас называют тёмной энергией. Её введение коренным образом изменило современную космологическую картину Вселенной.
