«Величайшая ошибка Эйнштейна», возможно, наконец исправлена
AstroNews.ru - 08 Сентября 2019 21:12:36
Перед современной физикой стоит важная неразрешенная проблема.
Одно единственное число, называемое космологической константой, связывает микроскопический мир квантовой механики с макроскопическим миром Общей теории относительности Эйнштейна. Однако современные теоретические оценки ее значения очень серьезно расходятся с практикой астрономических наблюдений.
На самом деле имеет место такое гигантское расхождение между измеряемым по наблюдательным данным значением и теоретическим прогнозом, что эту оценку часто называют «худшим прогнозом» в истории физики. Разрешение этого противоречия может стать одной из важнейших задач физики этого столетия.
Лукас Ломбрайзер (Lucas Lombriser), ассистент-профессор теоретической физики Женевского университета, Швейцария, предлагает по-новому взглянуть на параметры, входящие в гравитационные уравнения Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, чтобы получить теоретическую оценку космологической постоянной, близко соответствующую значению, полученному на основе наблюдательных данных.
Гравитационные уравнения Эйнштейна связывают между собой кривизну пространства-времени и свойства материи и содержат несколько постоянных, одна из которых, называемая космологической постоянной, отражает расширение пространственно-временного континуума Вселенной. Согласно современным представлениям, расширение пространства-времени объясняется таинственной силой, называемой темной энергией, поэтому космологическую константу часто связывают с темной энергией.
Предполагается, что космологическая константа обозначает то, что физики называют «энергией вакуума». Теория квантового поля утверждает, что даже в абсолютно пустой части пространства виртуальные частицы непрерывно появляются и исчезают, при этом производя энергию – на первый взгляд абсурдная идея, но она, тем не менее, получила экспериментальное подтверждение. Проблема возникает, когда физики пытаются рассчитать вклад энергии вакуума в космологическую константу. Полученный таким образом теоретический результат отличается от данных наблюдений более чем в 10^121 раз. Это расхождение между теорией и экспериментом является величайшим в физике.
Такое несоответствие бросило тень сомнения на справедливость оригинальных уравнений Эйнштейна и стало благодатной почвой для создания альтернативных теорий гравитации, однако новейшие данные наблюдений гравитационных волн вновь подтвердили справедливость уравнений теории, предложенной немецким физиком более 100 лет назад, и заставили ученых искать ответ в ином направлении.
Для разрешения этого противоречия в своей работе Ломбрайзер предлагает отойти от привычного для нас восприятия гравитационной постоянной – еще одной важной константой уравнений Эйнштейна, впервые появляющейся в физике еще в уравнениях гравитационной теории Ньютона – как неизменной величины. Согласно швейцарскому физику, гравитационная постоянная остается неизменной в пределах наблюдаемой Вселенной, однако может меняться за ее пределами. Это означает сценарий «мультивселенной», предполагающий существование невидимых для нас частей Вселенной с иными значениями фундаментальных констант.
Такая модификация уравнений Эйнштейна дает Ломбрайзеру дополнительное уравнение, которое относит космологическую постоянную к средней сумме массы материи, существующей в пространстве-времени. После того как физик учел оценочную массу всех галактик, звезд и темной материи Вселенной, он смог разрешить это новое уравнение и получить теоретическое значение космологической постоянной – значение, хорошо соответствующее наблюдениям.
Используя новый параметр, называемый ΩΛ (омега лямбда), который выражает долю Вселенной, состоящей из темной материи, он нашел, что Вселенная состоит из темной энергии на 74 процента. Это число хорошо соответствует значению в 68,5 процента, полученному на основе наблюдений, и позволяет устранить то огромное несоответствие, которое возникает при попытке проведения аналогичной оценки на основе квантовой теории поля.
Исследование опубликовано в журнале Physics Letters B.