|
Тёмная энергия подтверждает своё зловещее название. Она в любой момент может превратиться в вещество, разрушив тот мир, который мы знаем. И работа астрономов лишь ускоряет этот процесс.
Запутаться в квантовой сети
Жизнь нашей Вселенной, как мы её знаем, может прерваться в любой момент. И если конец света – неведомый и внезапный – всё-таки случится, нам есть, кого винить. По крайней мере, подозреваемые уже названы. Как следует из работы астрофизика Лоренса Краусса из Университета Кейс-Вестерн Резерв и его коллеги Джеймса Дента из Университета Вандербильта, эти вредители – астрономы.
Провинились астрономы тем, что открыли так называемую тёмную энергию – неизвестную субстанцию, заполняющую всё пространство и в сумме составляющую большую часть содержимого нашего мира. «Газета.Ru» подробно рассказывала об этой космологической загадке и истории её открытия.
Тёмная энергия
Тёмной энергией называют неизвестную пока форму материи, благодаря которой наблюдаемое расширение Вселенной происходит с ускорением. Наблюдения за сверхновыми типа Ia показали в конце 1990-х годов,
Что такое тёмная энергия, пока никто не знает, хотя теорий на этот счёт существует великое множество. Согласно одному из предположений, которого мы будем придерживаться в дальнейшем, тёмная энергия – это энергия вакуума, или, если угодно, «ложного вакуума», запасённая в каком-то физическом поле. Возможно, одном из четырёх фундаментальных полей, известных к настоящему времени, а возможно – каком-то совершенно новом, не открытом пока физикой. Так или иначе, эта энергия существует, и астрономические наблюдения явно показывают, что она отлична от нуля, заставляя галактики разбегаться друг от друга всё быстрее и быстрее.
Частицы и поля в физике – объекты довольно ленивые. Если у них есть лишняя энергия, они почти всегда стремятся её отдать, если только это не запрещено законами физики. Например, если, как говорят физики, «возбудить» атом – например, ударить его, передав часть энергии соударения электрону, последний обязательно попытается отдать её, излучив квант света. Такие переходы с одного энергетического уровня на другой называются спонтанными. В некоторых случаях излучить квант света трудно, и атом надолго, по меркам микромира, задерживается в возбуждённом состоянии. Такие уровни энергии называются метастабильными – «как бы стабильными». По-настоящему стабилен лишь самый нижний, невозмущённый уровень энергии, когда отдавать в виде кванта света больше нечего.
Физические поля ведут себя схожим образом. Если у поля есть лишняя энергия, оно попытается её отдать – например, родив множество частиц. Поля заполняют собой всю Вселенную, образуя физический вакуум, так что частицы будут рождаться по всему её объёму. Многие физики считают, что такое уже случалось, и именно такому событию или событиям мы обязаны тем обстоятельством, что наша Вселенная не пуста – в ней есть частицы, из которых состоят звёзды, планеты и мы сами.
Когда-то очень давно, в первые мгновения после рождения нашего мира, энергия поля, наполнявшего её, была громадной по физическим меркам. Благодаря этому, Вселенная расширялась с ускорением, почти мгновенно раздувшись до огромных масштабов – шёл так называемый этап инфляции Вселенной. Это расширение, в свою очередь, провоцировало рождение частиц, продолжавшееся до тех пор, пока от поля больше ничего не осталось. После этого расширение замедлилось, но, как оказалось, не навсегда.
На самом деле, в вакууме осталась какая-то доля изначального могущества, и не так давно по космологическим масштабам, когда Солнце только появлялось на свет, расширение снова стало ускоряться. Вот эту долю могущества и называют тёмной энергией, которую астрономы открыли в самом конце прошлого века.
Возникает вопрос: не может ли повториться история с рождением частиц? Пока никто не может дать на него отрицательного ответа.
«Вполне возможно, что распад вакуума может повториться, стерев нашу Вселенную с доски», – заявил Краусс в разговоре с журналом New Scientist.
Тем не менее, до сих пор этого не случилось. Возможно, Крауссу и Денту удалось найти причину, благодаря которой Вселенная выжила, а заодно и предложить новое элегантное объяснение «космологической загадки» – почему энергия вакуума так ничтожно мала, но всё же не равна в точности нулю.
Работа Краусса и Дента основана на результатах покойного ныне математика Леонида Александровича Халфина из ленинградского Математического института имени Стеклова. В конце 1950-х годов он показал, что со временем «быстрый» распад квантовой системы – например, атома – сменяется «медленным», что значительно увеличивает вероятность его дальнейшего сохранения в неизменном виде.
Неэкспоненциальный распад
Халфин изучил вероятность спонтанного перехода из возбуждённого состояния в основное. В квантовой физике почти никогда нельзя сказать, что случится с каждой конкретной частицей в определённый
Краусс и Дент определили момент, когда происходит переход между «быстрым» и «медленным» режимами распада вакуума. Со многими оговорками им удалось показать, что чем ниже энергия вакуума, тем раньше этот переход случается. После этого миру уже ничто не грозит: энергия вакуума заставляет мир расширяться экспоненциально, и быстрое увеличение объёма вселенной «побеждает» медленный распад.
По мнению Краусса и Дента, наша Вселенная
|
Рассеянный склероз
