Лямбда, космологическая константа

Лямбда, космологическая константа, придуманная Эйнштейном в 1917 году, похоже, готовит нам очередной сюрприз. Изначально введенная, чтобы спасти Вселенную от неминуемого коллапса, позже раскритикованная самим автором как величайшая ошибка его жизни, и, наконец, «воскрешенная» в 90-х для объяснения ускоренного расширения космоса, казалось, что лямбда уже не способна нас удивить. Но, похоже, происходит именно это.

Теория относительности

Материя говорит пространству, как искривляться, а пространство говорит материи, как двигаться. Такова теория относительности в нематематической формулировке физика Джона Арчибальда Уилера. Когда ее применяют ко всей Вселенной, оказывается, что Вселенная не более стабильна, чем баскетбольный мяч, подвешенный над кольцом. Она либо падает (Вселенная сжимается), либо улетает (Вселенная расширяется). Эйнштейн, как и все в 1917 году, считал, что Вселенная статична, поэтому он придумал лямбду, или космологическую константу, которая могла бы компенсировать гравитационное притяжение между частями космоса и предотвратить его коллапс.

Ошибка и признание

Математически трюк работал, но сам Эйнштейн не скрывал своего смущения в той же статье, в которой его представил: «Следует признать, что нам пришлось ввести в уравнения расширение, которое не оправдано нашими нынешними знаниями о гравитации». Когда несколько лет спустя Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется, Эйнштейн признал, что космологическая константа была самой большой ошибкой в его карьере, и отказался от этой идеи.

Возвращение космологической константы

Идея оставалась забытой до 1998 года, когда астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется, и смогли объяснить это, вернувшись к «самой большой ошибке» Эйнштейна. Космологическая константа казалась именно той таинственной «темной энергией», которая вызывает ускорение расширения. Поскольку это свойство пространства, оно растет, когда пространство расширяется. Отсюда и ускорение.

Эффект Доплера

Представьте себе синий свет как очень сжатую пружину, а красный свет как более растянутую пружину. Пока он идет от далекой галактики к нам, синий свет проходит через расширяющееся пространство и, следовательно, становится более красным. Это известно как эффект Доплера, или красное смещение. Его звуковой эквивалент — это нисходящая нота, которую издает автомобиль, удаляющийся по дороге (высокие ноты — это звуковые волны, более сжатые, чем низкие). Возвращаясь к свету, который мы получаем от далеких галактик, красное смещение является мерой того, как быстро галактика удаляется от нас и, следовательно, как далеко она от нас находится. (Представьте себе воздушный шар в горошек и надуйте его: два близких горошка медленно удаляются друг от друга; два далеких горошка быстро удаляются).

DESI и новые данные

Спектроскопический инструмент для темной энергии (DESI), расположенный рядом с Тусоном, Аризона, — это геометр, который в течение пяти лет рисует трехмерную карту Вселенной: нынешней и прошлой, потому что первые неровности, складки и волны, которые образовались в младенчестве космоса, все еще наблюдаются в распределении галактик в самых больших масштабах. Измерив красные смещения 30 миллионов галактик, DESI в общих чертах подтвердил существование темной энергии, или лямбды, но его беспрецедентная точность также выявляет последний неожиданный поворот в этой истории: расширение Вселенной ускоряется, да, но меньше, чем раньше. То есть космологическая константа Эйнштейна не является постоянной.