«Измерительной установкой» для обнаружения вакуума и определения его плотности послужила, можно сказать, сама Вселенная с ее галактиками и звездами. А системой отсчета, в которой эти измерения были сделаны, было общее распределение галактик, в которых наблюдались сверхновые звезды нужного типа.

Численное значение плотности вакуума всегда и везде одно и то же. Измерив это значение в системе отсчета, сопутствующей расширяющемуся веществу, как это реально и сделано с помощью наблюдений сверхновых, мы знаем, что оно в точности такое и при любых других способах измерений в какой угодно системе отсчета.

Для космического вакуума, после того как он был открыт, стали придумывать новые названия. Одно из них — темная энергия — получает сейчас распространение. Вакуум действительно является темным в том смысле, что он не излучает света. Это название, кажется, больше нравится пишущим о науке журналистам, чем самим «практикующим» космологам: звучит таинственно. Но в астрономии уже есть темное вещество, а вакуум — это нечто совсем иное, чем темное вещество, хотя тоже чрезвычайно загадочное.

Почему же вакуум создает не тяготение, а антитяготение? Вакуум явился в космологию с эйнштейновской космологической постоянной Λ, и его плотность выражается через значение этой постоянной:

ρv = Λc2 /(8πG).

Какова бы ни была его физическая природа, вакуум Эйнштейна обладает не только определенной плотностью, но и давлением. Так он с самого начала задан космологической постоянной. Если плотность вакуума положительна, то его давление отрицательно.

Отрицательное давление — не вполне обычное явление в физике. При «нормальных условиях» давление в «нормальной» жидкости или газе, как правило, положительно. Но и в жидкости и в твердых телах отрицательное давление тоже может возникать.

Это требует особых, специальных условий, но само по себе не является чем-то особенно экзотическим. Однако в случае вакуума ситуация исключительная. Связь между давлением и плотностью, т. е. уравнение состояния этой «среды», имеет вид:

ρv = -с2ρv

Ничего подобного нет ни в одной другой среде. Это абсолютно и исключительно свойство одного вакуума и только его.

Это уравнение состояния совместимо с определением вакуума как формы энергии с всюду и всегда постоянной плотностью, независимо от системы отсчета. Из этого уравнения состояния и вытекает антитяготение вакуума.

Согласно общей теории относительности, тяготение создается не только плотностью среды, но и ее давлением в комбинации:

ρ + 3p/c2

Эта формула из фридмановской космологии однородной и изотропной Вселенной. Вакуум вызывает антигравитацию именно потому, что его эффективная гравитирующая энергия,

ρ0 = ρv + 3pv/c2 = -2pv ,

отрицательна при положительной плотности.

По наблюдательным данным о сверхновых плотность вакуума превышает суммарную плотность всех остальных видов космической энергии. Но это означает, что в наблюдаемой Вселенной антитяготение сильнее тяготения. При таком условии космологическое расширение обязано происходить с ускорением. Это ускорение и было замечено и реально измерено по наблюдениям сверхновых звезд в далеких галактиках.

Посмотрим еще раз на рис. 2.1, который отображает зависимость блеска сверхновых от красного смещения, и обратим внимание на одну наблюдательную точку в самом верху графика — она явно сползает вниз с верхней кривой.

Это далеко не случайное обстоятельство. Дело в том, что красное смещение служит не только мерой расстояния, но и мерой времени: чем больше z, тем больше расстояние, но, значит, тем дольше шелк нам свет от звезды. Мы видим звезду или галактику такой, какой она была в момент испускания света.

При красном смешении z = 0,7 мы видим звезды, галактики и всю Вселенную какими они были 6—8 миллиардов лет назад. Но, как мы теперь знаем, приблизительно в эту эпоху замедляющееся расширение превратилось в ускоряющееся. Красным смещениям, превышающим 0,7, отвечает ранняя эпоха, когда расширение замедлялось. Поэтому можно предсказать, что на больших z наблюдательные точки будут ложиться не на верхнюю, а на нижнюю кривую.

2.2 Ускоренное расширение

Интересные статьи:

Земля
ЗЕМЛЯ, третья от Солнца большая планета Солнечной системы. Земля принадлежит к группе земных планет, которая включает также Меркурий, Венеру и Марс. Земля часто сравнивается именно с этой группой, а также с Луной, поскольку их происхож ...

В помощь учителю астрономии
1. Предмет астрономии. Источники знаний в астрономии. Телескопы. Узловые вопросы: 1. Что изучает астрономия. 2. Связь астрономии с другими науками. 3. Масштабы вселенной. 4. Значение астрономии в жизни общества. 5. Астрономические наб ...

Солнечные затмения
1. Картина полного солнечного затмения Полные солнечные затмения относятся к числу наиболее величественных и красивых явлений природы. В голубых просторах неба светит Солнце. Оно безраздельно господствует над земным шаром — над материка ...