Величайшая ошибка эйнштейна

Прошло сто лет с тех пор, как Альберт Эйнштейн опубликовал свои первые работы с изложением венца своей интеллектуальной деятельности, общей теории относительности. Эта теория показала, что космос податлив и может изгибаться под действием материи. Поскольку а) форма космоса меняется под действием распределения материи и энергии, б) вещество движется, а значит, форма космоса динамична — скручивается, изгибается и меняется со временем. Эта идея была поистине революционна.

Поначалу, впрочем, последствия этой теории не были полностью очевидными, не хватало нужных данных. Это привело к ряду изменений в теории; со временем было выработано более глубокое понимание. Один из таких случаев особенно интересен.

Отталкивающая космологическая постоянная

Несмотря на то, что первые работы Эйнштейна, описывающие теорию относительности в ноябре 1915 года, были, по сути, базовой теорией гравитации, вскоре он и другие применили ее ко Вселенной в целом. Одним из первых последствий стало то, что поскольку вся материя притягивает другую материю, статичная вселенная недолго будет оставаться статичной. Гравитационное притяжение приведет к коллапсу всей материи в одной точке. И даже если начинать не со статичной вселенной, распределение массы будет увеличиваться.

В те времена считалось, что Вселенная постоянна и вечна, неизменна — по крайней мере на крупнейших уровнях. Это привело к тому, что Эйнштейн добавил к своим первоначальным уравнениям новую переменную в 1917 году. В то время как изначальная формулировка общей относительности включала только притягивающую форму гравитации, новый термин — космологическая постоянная — был отталкивающим. Притягивающую и отталкивающую формы гравитации можно было настроить, чтобы они уравновешивали друг друга, являя, таким образом, стационарный и незыблемый космос.

Эта ситуация изменилась, когда был построен мощный телескоп — телескоп Хукера на горе Уилсон — вскоре после записи эйнштейновских гравитационных уравнений. Несмотря на то, что обнаружение факта удаления галактик от Млечного Пути приписывают Эдвину Хабблу, на деле история была куда сложнее. Астрономы обсуждали эту ситуацию уже в начале 1920-х.

Тем не менее в 1929 году Хаббл опубликовал работу, в которой не только установил, что галактики движутся прочь от Млечного Пути, но и что более далекие галактики удаляются быстрее. То есть вселенная не статична. Она расширяется. Это наблюдение (и работы, предшествующие хаббловской) привели к тому, что бельгийский священник Жорж Леметр в 1931 году предложил, что Вселенная началась из небольшого и компактного состояния (он назвал это «космическим яйцом»), известного нынче как Большой Взрыв.

Осознав, что его ранние домыслы на тему неизменного космоса были ошибочными, Эйнштейн удалил космологическую постоянную из своих уравнений. Физик Георгий Гамов говорил, что Эйнштейн считал ее своей «величайшей ошибкой». Впрочем, до сих пор непонятно, кто является автором этой фразы, Эйнштейн или Гамов, тоже большой шутник.

Несмотря на то, произносил ли Эйнштейн эту крылатую фразу, он точно пожалел о добавлении этого термина и считал, что его устранение будет правильным. Без статичной вселенной просто нет необходимости добавлять его в изначальные уравнения. Почти 70 лет ученые как один считали это истиной: Вселенной расширяется.

Вселенная на мушке

В середине 20 века астрономы активно обсуждали судьбу Вселенной. Если Вселенная началась с плотного состояния, предложенного теорией Большого Взрыва, и расширялась, тогда гравитация замедляет это расширение. Оставался вопрос, преодолеет ли гравитация это расширение (что приведет к Большому Сжатию) или расширение продлится вечно — но тот факт, что расширение должно медленно замедлиться, казался бесспорным.

Хотя догадывались и раньше, в 1998 году два эксперимента, изучавших этот вопрос, нашли ответ, который стал своего рода сюрпризом. Расширение Вселенной не замедлялось. Оно ускорялось! За это наблюдения Брайан Шмидт из Обсерватории Стромоло Австралийского национального университета, Адам Рисс из Калифорнийского университета в Беркли и Сол Перлмуттер из Национальной лаборатории Лоренса Беркли получили Нобелевскую премию по физике 2011 год. Ускорение расширения было подтверждено и в настоящее время считается хорошо установленным фактом.

Однако это наблюдение привело к очевидному вопросу. Если, согласно общей теории относительности Эйнштейна, гравитация является силой притяжения, что может объяснить ускоряющееся расширение? Что выталкивает материю во Вселенной? Возможно, пришло время возродить космологическую постоянную Эйнштейна?

Ответ: да, нет, наверное.

Чтобы объяснить наблюдения, ученые сейчас говорят, что космологическая постоянная необходима. Но она может быть той, а может и не той, что предлагал Эйнштейн.

Вводим квинтэссенцию

Астрономы используют термин «темная энергия», чтобы описать энергетическое поле Вселенной, которое фактически является формой отталкивающей гравитации. Наблюдения телескопов показывают, что это энергетическое поле в настоящее время превосходит более известную нам форму притягивающей гравитации по всей Вселенной, что приводит к ускорению расширения.

Что же известно ученым об этой темной энергии? Один вопрос заключается в том, постоянна она или меняется. Космологическая постоянная Эйнштейна была полем постоянной энергетической плотности. Это немного нелогично, поскольку постоянная плотность и расширение объема энергии означает увеличение энергиии, но разрешено в рамках общей теории относительности. С другой стороны, нет никакой причины предполагать, что темная энергия будет постоянна. Тогда была предложена другая форма темной энергии — «квинтэссенция». Квинтэссенция — это тип темной энергии, который может меняться со временем.

Хотя ученые убеждены, что темная энергия существует, вопросы о ее природе остаются без ответа. Постоянная она или нет, меняется со временем или нет — константа или квинтэссенция? И, конечно, учитывая размах вопроса, ученые пришли к мощным экспериментальным программам для поиска ответов.

Dark Energy Survey — это амбициозная попытка понять природу темной энергии. Измеряя скорость далеких галактик и сверхновых, эти ученые, будем надеяться, смогут найти ответ на эту важную загадку. И ответ будет иметь поистине космические последствия.

В зависимости от того, окажется ли темная энергия константой или квинтэссенцией, у вселенной будет разный конец.

Темная энергия почти наверняка существует и была предсказана Эйнштейном почти за сто лет до своего обнаружения. История о том, как он добавил ее в теорию, а после удалил, довольно известна, как и то, что Эйнштейн пожалел о своем временном включении. Спустя 80 лет после того, как Эйнштейн посчитал космологическую постоянную ошибкой, стало почти очевидно, что она существует — и величайшей ошибкой Эйнштейна, возможно, было удаление космологической постоянной, внесенной в уравнения его же руками.

Звёзды, планеты, туманности и даже далёкие галактики составляют лишь 5% Вселенной. Остальные 95%, согласно современной стандартной космологической модели (ССКМ), приходятся на невидимые субстанции — тёмную энергию и тёмную материю. Об их существовании учёные знают лишь благодаря наблюдению за гравитационными эффектами, которые эти «вещества» оказывают на видимые астрономические объекты. 

Астрофизики из Оксфордского университета выдвинули теорию, объясняющую природу тёмной энергии и тёмной материи. По их мнению, обе эти субстанции представляют собой аналог жидкости с отрицательной массой. Если гипотетически оттолкнуть такое вещество от себя, то оно, наоборот, приблизится.  

«Мы считаем, что тёмную материю и тёмную энергию можно «объединить» в своеобразный аналог жидкости, которая обладает особым типом отрицательной гравитации», — сообщил автор исследования Джейми Фарнс.

Космологическая постоянная

Гипотезу о существовании тёмной материи с отрицательной массой в невидимой части Вселенной выдвинул Альберт Эйнштейн. Во время создания общей теории относительности физик также хотел построить статическую модель Вселенной и даже ввёл для этого в своё уравнение космологическую постоянную — или тёмную энергию.  

Однако, когда стало известно, что Вселенная расширяется, Эйнштейн назвал введение космологической постоянной в уравнение своей «величайшей ошибкой», которая не позволила ему предсказать расширение Вселенной. Но самое главное — существование отрицательной материи научным сообществом на тот момент было исключено. Считалось, что такое «вещество» станет истончаться по мере расширения Вселенной, а это противоречило наблюдениям, свидетельствующим, что плотность тёмной материи не меняется.  

С тех пор астрофизики считали космологическую постоянную забавным недоразумением и приравнивали её значение к нулю. Но, как оказалось, «величайшая ошибка» Эйнштейна имеет полное право на существование в современной космологии.

«Раньше учёные пытались объединить тёмную энергию и тёмную материю в рамках общей теории относительности. Такой процесс оказался невероятно сложным. В новом исследовании мы использовали две старые идеи, которые совместимы с теорией Эйнштейна, — отрицательную массу и создание вещества — и объединили их», — пояснил Фарнс.

Учёные скорректировали ССКМ так, чтобы в ней за тёмную энергию и тёмную материю отвечала одна и та же субстанция — текучая, с отрицательной массой. Оказалось, что «вещество» с отрицательной массой рождается непрерывно и отталкивается само от себя, это и приводит к ускоряющемуся расширению Вселенной.

«Гипотезу ещё предстоит доказать»

По мнению российских экспертов, выводы зарубежных коллег несколько преждевременны. 

«В своём исследовании учёные исходили из гипотезы, согласно которой в природе есть частицы с отрицательной энергией и массой. Но мне кажется, что саму эту гипотезу ещё предстоит доказать», — заявил в беседе с RT доктор физико-математических наук Валерий Рубаков. 

По мнению эксперта, не вызывает сомнения лишь тот факт, что космологическая постоянная Эйнштейна действительно важна в современной науке. Её существование объясняет, почему Вселенная расширяется с ускорением. 

Однако, по словам Рубакова, невозможно разработать теорию с использованием в качестве переменных двух отрицательных — энергии или массы частиц, — чтобы в ней при этом различные данные не противоречили друг другу.

«Время от времени выходят статьи про частицы с отрицательной массой, но все они несколько спекулятивные. Построить теорию, в которой масса была бы отрицательной и при этом чтобы в ней всё согласовывалось, пока никому не удалось. Но, конечно, некоторые учёные могут это оспаривать», — отметил Рубаков.  

Чтобы получить экспериментальное доказательство своей теории, учёные из Оксфорда планируют провести серию работ на крупнейшем в мире радиоинтерферометре Square Kilometre Array.

«Если новая, расширенная версия космологической модели будет соотноситься с данными, полученными в ходе наблюдений, то одна из самых сложных задач современной физики будет окончательно решена», — заключил Фарнс.

Прошло сто лет с тех пор, как Альберт Эйнштейн опубликовал свои первые работы с изложением венца своей интеллектуальной деятельности, общей теории относительности.

Эта теория показала, что космос податлив и может изгибаться под действием материи. Поскольку а) форма космоса меняется под действием распределения материи и энергии, б) вещество движется, а значит, форма космоса динамична — скручивается, изгибается и меняется со временем. Эта идея была поистине революционна.

Поначалу, впрочем, последствия этой теории не были полностью очевидными, не хватало нужных данных. Это привело к ряду изменений в теории; со временем было выработано более глубокое понимание. Один из таких случаев особенно интересен.

Отталкивающая космологическая постоянная

Несмотря на то, что первые работы Эйнштейна, описывающие теорию относительности в ноябре 1915 года, были, по сути, базовой теорией гравитации, вскоре он и другие применили ее ко Вселенной в целом. Одним из первых последствий стало то, что поскольку вся материя притягивает другую материю, статичная вселенная недолго будет оставаться статичной. Гравитационное притяжение приведет к коллапсу всей материи в одной точке. И даже если начинать не со статичной вселенной, распределение массы будет увеличиваться.

В те времена считалось, что Вселенная постоянна и вечна, неизменна — по крайней мере на крупнейших уровнях. Это привело к тому, что Эйнштейн добавил к своим первоначальным уравнениям новую переменную в 1917 году. В то время как изначальная формулировка общей относительности включала только притягивающую форму гравитации, новый термин — космологическая постоянная — был отталкивающим. Притягивающую и отталкивающую формы гравитации можно было настроить, чтобы они уравновешивали друг друга, являя, таким образом, стационарный и незыблемый космос.

Эта ситуация изменилась, когда был построен мощный телескоп — телескоп Хукера на горе Уилсон — вскоре после записи эйнштейновских гравитационных уравнений. Несмотря на то, что обнаружение факта удаления галактик от Млечного Пути приписывают Эдвину Хабблу, на деле история была куда сложнее. Астрономы обсуждали эту ситуацию уже в начале 1920-х.

Тем не менее в 1929 году Хаббл опубликовал работу, в которой не только установил, что галактики движутся прочь от Млечного Пути, но и что более далекие галактики удаляются быстрее. То есть вселенная не статична. Она расширяется. Это наблюдение (и работы, предшествующие хаббловской) привели к тому, что бельгийский священник Жорж Леметр в 1931 году предложил, что Вселенная началась из небольшого и компактного состояния (он назвал это «космическим яйцом»), известного нынче как Большой Взрыв.

Осознав, что его ранние домыслы на тему неизменного космоса были ошибочными, Эйнштейн удалил космологическую постоянную из своих уравнений. Физик Георгий Гамов говорил, что Эйнштейн считал ее своей «величайшей ошибкой». Впрочем, до сих пор непонятно, кто является автором этой фразы, Эйнштейн или Гамов, тоже большой шутник.

Несмотря на то, произносил ли Эйнштейн эту крылатую фразу, он точно пожалел о добавлении этого термина и считал, что его устранение будет правильным. Без статичной вселенной просто нет необходимости добавлять его в изначальные уравнения. Почти 70 лет ученые как один считали это истиной: Вселенной расширяется.

Вселенная на мушке

В середине 20 века астрономы активно обсуждали судьбу Вселенной. Если Вселенная началась с плотного состояния, предложенного теорией Большого Взрыва, и расширялась, тогда гравитация замедляет это расширение. Оставался вопрос, преодолеет ли гравитация это расширение (что приведет к Большому Сжатию) или расширение продлится вечно — но тот факт, что расширение должно медленно замедлиться, казался бесспорным.

Хотя догадывались и раньше, в 1998 году два эксперимента, изучавших этот вопрос, нашли ответ, который стал своего рода сюрпризом. Расширение Вселенной не замедлялось. Оно ускорялось! За это наблюдения Брайан Шмидт из Обсерватории Стромоло Австралийского национального университета, Адам Рисс из Калифорнийского университета в Беркли и Сол Перлмуттер из Национальной лаборатории Лоренса Беркли получили Нобелевскую премию по физике 2011 год. Ускорение расширения было подтверждено и в настоящее время считается хорошо установленным фактом.

Однако это наблюдение привело к очевидному вопросу. Если, согласно общей теории относительности Эйнштейна, гравитация является силой притяжения, что может объяснить ускоряющееся расширение? Что выталкивает материю во Вселенной? Возможно, пришло время возродить космологическую постоянную Эйнштейна?

Ответ: да, нет, наверное.

Чтобы объяснить наблюдения, ученые сейчас говорят, что космологическая постоянная необходима. Но она может быть той, а может и не той, что предлагал Эйнштейн.

Вводим квинтэссенцию

Астрономы используют термин «темная энергия», чтобы описать энергетическое поле Вселенной, которое фактически является формой отталкивающей гравитации. Наблюдения телескопов показывают, что это энергетическое поле в настоящее время превосходит более известную нам форму притягивающей гравитации по всей Вселенной, что приводит к ускорению расширения.

Что же известно ученым об этой темной энергии? Один вопрос заключается в том, постоянна она или меняется. Космологическая постоянная Эйнштейна была полем постоянной энергетической плотности. Это немного нелогично, поскольку постоянная плотность и расширение объема энергии означает увеличение энергиии, но разрешено в рамках общей теории относительности. С другой стороны, нет никакой причины предполагать, что темная энергия будет постоянна. Тогда была предложена другая форма темной энергии — «квинтэссенция». Квинтэссенция — это тип темной энергии, который может меняться со временем.

Хотя ученые убеждены, что темная энергия существует, вопросы о ее природе остаются без ответа. Постоянная она или нет, меняется со временем или нет — константа или квинтэссенция? И, конечно, учитывая размах вопроса, ученые пришли к мощным экспериментальным программам для поиска ответов.

Dark Energy Survey — это амбициозная попытка понять природу темной энергии. Измеряя скорость далеких галактик и сверхновых, эти ученые, будем надеяться, смогут найти ответ на эту важную загадку. И ответ будет иметь поистине космические последствия.

В зависимости от того, окажется ли темная энергия константой или квинтэссенцией, у вселенной будет разный конец.

Темная энергия почти наверняка существует и была предсказана Эйнштейном почти за сто лет до своего обнаружения. История о том, как он добавил ее в теорию, а после удалил, довольно известна, как и то, что Эйнштейн пожалел о своем временном включении. Спустя 80 лет после того, как Эйнштейн посчитал космологическую постоянную ошибкой, стало почти очевидно, что она существует — и величайшей ошибкой Эйнштейна, возможно, было удаление космологической постоянной, внесенной в уравнения его же руками.

Материал был взят с портала hi-news.ru.

Если поймать на улице любого конопатого мальчишку и задать ему всего лишь один простой вопрос, то сразу становится ясно – дело плохо. Потому что на вопрос о том, кто открыл чёрные дыры, наш собеседник, поправив пионерский галстук, не моргнув глазом ответит – чёрные дыры открыл этот, как его… Вайнштейн! У него потом ещё проблемы были из-за этого с женщинами там какими-то. Вот.

Отпустим нашего юного друга, любителя светской хроники, домой к маме. Но перед этим объясним, что Вайнштейн и Эйнштейн – это разные дядьки. Их объединяет лишь одно – никто из них не открывал космические чёрные дыры. И если первый, вероятно, и знать не знает о них, то второй изначально считал, что чёрных дыр и вовсе не существует.

Да, друзья мои. Несмотря на укоренившееся в народе мнение, это действительно так. Альберт Эйнштейн считал, что такой нелепый объект как чёрная дыра абсурден и невозможен.

Однако современная наука знает, что чёрные дыры встречаются в космосе повсеместно. И они оказывают огромное влияние на его эволюцию.

О чёрных дырах можно разговаривать долго. Поскольку существует множество мифов о чёрных дырах, не имеющих никакого отношения к реальности. И сегодня мы поговорим об озвученном выше заблуждении.

Итак, поехали.

Революция Эйнштейна

В начале 20-го века произошла научная революция. Один из её авторов – Альберт Эйнштейн. Именно его идеи заложили основу для нашего сегодняшнего понимания чёрных дыр. Объединение двух физических теорий Эйнштейна позволило учёным по-новому взглянуть на структуру пространства и времени. И из этого нового взгляда напрямую вытекала странная вещь: возможность появления чёрных дыр. По крайней мере, теоретически. Поскольку в реальности эти странные небесные тела в те времена никак не могли быть обнаружены.

Многие учёные беспорядочно махали руками в сторону надоедливых журналистов, пытаясь прогнать из своих кабинетов, как надоедливых голубей, когда слышали вопросы про чёрные дыры. Они крайне критически относились к существованию подобных объектов. Даже после того, как всё новые и новые расчёты показывали, что чёрные дыры действительно могут образовываться в процессе звёздной эволюции.

По иронии судьбы, одним из величайших противников чёрных дыр был и знаменитый Альберт Эйнштейн. Его работу по этой теме сегодня иногда называют худшим научным эссе учёного…

За годы, прошедшие после публикации теории относительности Эйнштейна, астрономы постепенно приближались все ближе и ближе к получению реальных доказательств существования чёрных дыр.

Есть три пути

Изначально считалось, что материя ни при каких условиях не может быть настолько сильно уплотнена, чтобы образовалась чёрная дыра. Но затем были обнаружены белые карлики. И Субраманьян Чандрасекар объединил квантовую механику и специальную теорию относительности чтобы объяснить, почему подобные объекты могут быть стабильными. Хотя при этом звезда сжимается до размеров планеты. Кроме того, учёный обнаружил, что для этой стабильности существует предел массы. Однако не смог установить, что же произойдёт, если масса белого карлика превысит его.

Это стало понято лишь несколько лет спустя, когда американский астрофизик Фриц Цвикки в присутствии трёх свидетелей заявил, что во Вселенной вполне могут существовать такие объекты, как «нейтронные звезды». Внутри этих звёзд атомы сжимаются настолько сильно, что в итоге электроны и протоны сливаются в нейтроны. И внутри такого объекта остаётся только большая масса нейтронов. Которые могут быть «упакованы» гораздо плотнее, чем обычные атомы, состоящие из протонов и электронов. Нейтронные звезды имеют диаметр всего несколько километров. Но все ещё недостаточно плотны для появления черной дыры.

И тогда возник вопрос: как долго нейтронная звезда может оставаться стабильной? Как долго нейтроны, плотно прижатые друг к другу, могут выдерживать действие гравитации?

Этот предел был найден американским физиком Робертом Оппенгеймером. Который на самом деле всем нам известен своими работами в области ядерной физики. И, конечно же, созданием первой атомной бомбы. Вместе со своими коллегами Ричардом Толманом и Джорджем Волковым он использовал квантовую механику в сочетании с общей теорией относительности для вычисления предела Толмана-Оппенгеймера-Волкова. Исследователи обнаружили, что даже нейтронная звезда не всегда стабильна. И неизбежно подвергается дальнейшему сжатию при достижении определённой предельной массы.

Итак, теперь путь к черным дырам был практически свободен. Примерно в то же время другие астрономы (в первую очередь Ханс Бете) выяснили, как именно звезды генерируют энергию – посредством термоядерного синтеза. И всем стало ясно, что подобный процесс имеет начало и конец. После которого должен последовать коллапс, который может пойти разными путями. В зависимости от массы конечного объекта. И таких пути три. Первый описан Чандрасекаром. Второй – Цвикки. Третий – Оппенгеймером и его коллегами. Стало ясно, что если звезда достаточно тяжёлая, то она может пойти по третьему пути. И стать не чем иным, как черной дырой.

Нет никаких чёрных дыр. Отстаньте!

Однако чёрные дыры (и нейтронные звезды) ещё не наблюдалась в конце 1930-х годов. И поэтому многие астрономы по-прежнему были убеждены, что природа не допустит появления настолько абсурдных объектов.

Эйнштейн вообще не хотел ничего знать о черных дырах. И слышать тоже. Он всегда переходил на другую сторону улицы, если встречал на своём пути сторонников существования чёрных дыр.

В 1939 году учёный опубликовал статью, в которой прямо выступил против выводов Оппенгеймера. В книге «О стационарной системе со сферической симметрией, состоящей из множества гравитирующих масс» Эйнштейн утверждал, что частицы коллапсирующей звезды должны вращаться вокруг оси вращения объекта все быстрее и быстрее, чтобы центробежная сила препятствовала полному коллапсу.

Но это была лишь гипотеза. Которая возникла, по сути, из чистой вредности. Из неожиданного для всех принятия Эйнштейном желаемого за действительное. Для такой гипотезы не было никаких оснований.

Оказалось, что Эйнштейн, при всей его несомненной гениальности, был всего лишь обыкновенным человеком. Со своими тараканами в голове. И его предвзятое отношение к чёрным дырам в данном случае, возможно, оказалось сильнее, чем ясный взгляд на научную проблему.

В квантовой механике ситуация была аналогичной: Эйнштейн также заложил важные основы для создания этой новой научной дисциплины (и получил Нобелевскую премию по физике за свою работу по ней). Но лишь для того, чтобы позже с большой страстью критиковать представителей квантовой механики. И их нелепые, по его мнению, теории.

Великие гении тоже могут ошибаться. А Эйнштейн, несомненно, был одним из величайших гениев всех времён и народов.

Но и работы гениев не выдерживают критики, если они ошибочны. И в этом случае признанная всеми гениальность их авторов их не спасает.

История чёрных дыр прекрасно демонстрирует это.

Первые результаты масштабного исследования далеких сверхновых звезд (SNLS) показывают, что ускоренное расширение Вселенной в первом приближении неплохо описывается космологической постоянной в уравнении Эйнштейна, введение которой сам ученый называл своей «величайшей ошибкой».

Расширение

О том, что Вселенная расширяется, мы знаем из теоретических выкладок Александра Фридмана и наблюдений Эдвина Хаббла. Фридман в 1922-24 годах предложил модель нестационарной Вселенной, основываясь на решении уравнений общей теории относительности Эйнштейна, а Хаббл в 1929 году обнаружил, что галактики удаляются от нас тем быстрее, чем дальше они находятся (закон Хаббла), то есть наблюдаемая Вселенная расширяется.

Предсказать нестационарность Вселенной вполне мог сам Эйнштейн. Собственно, он обнаружил в 1917 году, что его уравнения, будучи применены ко всей Вселенной в целом, предсказывают, что она должна сжиматься за счет самогравитации материи и энергии. Однако идея эволюционирующей Вселенной шла настолько вразрез с представлениями того времени, что Эйнштейн отбросил ее и ввел в свои уравнения специальный параметр, компенсирующий тяготение в космологических масштабах и обеспечивающий стационарность Вселенной. Этот параметр, получивший название космологической постоянной, проявлялся как очень слабое отталкивание любых двух масс, растущее с расстоянием.

Позднее, когда факт расширения Вселенной стал общепризнанным, Эйнштейн говорил, что введение в уравнения общей теории относительности космологической постоянной было самой большой ошибкой в его жизни, поскольку не позволило ему предсказать нестационарность Вселенной.

Долгое время космологическую постоянную игнорировали, считая просто забавным казусом и приравнивая к нулю. В этом случае расширение Вселенной, продолжающееся «по инерции» с момента Большого взрыва, должно постепенно замедляться за счет гравитации. Классическим стало обсуждение, сумеет ли тяготение остановить и повернуть вспять расширение Вселенной или плотности материи для этого не хватит.

Ускорение

И вот в 1998 году неожиданно появляются наблюдения, которые убедительно показывают, что Вселенная расширяется не с замедлением, а с ускорением! Первоначально вывод об ускоренном расширении Вселенной был сделан из анализа излучения далеких сверхновых звезд типа Ia. Светимость этих сверхновых звезд в максимуме блеска примерно одинакова и очень велика. Поэтому их можно использовать для оценки расстояния до далеких галактик. Группа под руководством Сола Перлмуттера (Saul Perlmutter) обнаружила, что далекие сверхновые выглядят немного слабее, чем должны в случае, если космологическая постоянная равна нулю.

Естественно, это сенсационное открытие стали тщательно проверять и уточнять. Ускорение расширения Вселенной при этом уверенно подтверждалось. Но вместе с тем начали обнаруживаться странности. Стало складываться впечатление, что характер этого ускорения не остается постоянным во времени. А такое меняющееся ускорение уже нельзя объяснить введением космологической постоянной в уравнение Эйнштейна, поскольку она перестает быть постоянной и становится функцией времени.

Оставайся космологическая антигравитация во Вселенной постоянной, можно было бы просто ввести в уравнения ненулевую космологическую постоянную, а ее конкретное значение признать наблюдаемым фактом. Но переменность этой величины во времени требовала какой-то физической модели, объясняющей природу сил отталкивания. Именно с этого момента стали всё меньше говорить о космологической постоянной и всё больше о некой темной энергии или квинтеэссенции, которая заполняет все пространство Вселенной и, расширяясь вместе с ней, меняет свойства, а вместе с ними и силу отталкивания. Смысл этой конструкции был в том, чтобы дать какое-то физическое объяснение тому, что космологическая антигравитация меняется во времени.

К сожалению, теоретические модели темной энергии очень трудно проверить экспериментально. Но астрономов-наблюдателей трудности теоретиков смущают в последнюю очередь. Крупный международный проект Supernovae Legacy Survey (SNLS), стартовавший в 2003 году, ставит своей целью собрать детальную информацию об особенностях расширения Вселенной. Достичь этого планируется за счет открытия в течение 5 лет около 700 далеких сверхновых звезд.

Сверхновые

Вспышки сверхновых — редкие события. В такой относительно крупной галактике, как наша, сверхновые вспыхивают в среднем раз в сто лет. Чтобы обнаружить сотни далеких, а значит слабых, сверхновых, во Франции разработали специальную цифровую камеру MegaCam с разрешением 384 мегапикселя. Ее установили на Канадско-Франко-Гавайском телескопе (CFHT) диаметром 3,6 метра, который располагается на горе Мауна-Кеа на Гавайях. Эта уникальная система сочетает высокую чувствительность с чрезвычайно большим для такого инструмента полем зрения — около 0,8 квадратного градуса (четыре площади полной Луны).

За пять лет по программе SNLS планируется отработать около 500 наблюдательных ночей. Обнаруженные в ходе работы сверхновые дополнительно изучаются на крупнейших оптических инструментах мира — 10-метровых телескопах Кека, а также 8-метровых Джемини и VLT — для проверки по спектру, принадлежат ли они к типу Ia. Понятно, что все астрофизики с нетерпением ждут результатов этого масштабного проекта, который может поставить крест на одних моделях темной энергии, а другим, наоборот, дать надежду на удачу.

И вот на днях в журнал Astronomy & Astrophisics опубликовал статью с первыми промежуточными итогами проекта SNLS. Статья суммирует результаты, полученные за первый год осуществления проекта. Всего за это время была обнаружена и изучена 71 сверхновая звезда на расстояниях от 2 до 8 миллиардов световых лет.

Главным и весьма неожиданным выводом этой работы является то, что, по всей видимости, ускорение расширения Вселенной на всем этом отрезке времени остается постоянным. Иными словами, полученные данные согласуются с представлением о фиксированном значении космологической постоянной в течение всего этого периода. Как говорится в пресс-релизе Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology), «эффект темной энергии, ускоряющей расширение Вселенной, с погрешностью не более 10% согласуется с представлением о знаменитой космологической постоянной Эйнштейна».

Таким образом, новые результаты могут неожиданно закрыть вопрос о природе темной энергии, вернув космологов к вопросу об определении значения космологической постоянной. Если это случится, то «величайшая ошибка Эйнштейна» может в третий раз обрести полноценные права гражданства в космологии. Но, конечно, чтобы говорить об этом уверенно, нужно дождаться окончательных результатов обзора SNLS, которые в 2-3 раза повысят точность полученных на сегодня оценок.

Александр Сергеев