Коллектив авторов - Современная космология: философские горизонты

Вопрос природы тёмной энергии является одним из ключевых вопросов современной физики и космологии, в частности, ещё и потому, что от его решения зависят перспективы будущей эволюции Вселенной. В частности, в случае, если тёмной энергией окажется фантомная энергия, то будущее нашей Вселенной незавидно — через несколько десятков миллиардов лет (временной промежуток зависит от её «мощности») произойдёт т. н. «Большой Хлопок» и все формы материи исчезнут, «размазавшись» по пространству [342] Vinod В. Johri. Phantom Cosmologies // arXiv: astro-ph/0311293 v3 . Впрочем, модели будущего Вселенной определяются не только космологической величиной ω, но и рядом других параметров, таких, например, как начальные условия в виде характеристик физического вакуума, которые, в свою очередь, определяются спецификой теорий, описывающих микро-масштабы, будь это теория струн, М-теория, или квантовая теория поля (квантовая теория гравитации) [343] Renata Kallosh, Andrei Linde, Sergey Prokushkin, Marina Shmakova Supergravity. Dark Energy and the Fate of the Universe // arXiv: hep-th/0208156 v2 .

Вклад в общую плотность Вселенной, как уже говорилось выше, даёт и вещество (ω = 0). По общим оценкам, вклад вещества в общую плотность Вселенной составляет около 30 %, т. е. Ω = 0,3 [344] Lukash V.N. Cosmological model: from initial conditions to structure formation // arXiv: astro-ph 0712.3356v 1, Ariel G. S'anchez, and Carlton M. Baugh Cosmological Parameters 2006 // arXiv: astro-ph/0612743vl, A. Bosma Dark Matter in Galaxies: Observational overview // arXiv: astro-ph/0312154 vl Albrecht Andreas, Frieman Joshua A., Trodden Mark. Early Universe Cosmology and Test of Fundamental Physics: Report of the P. 4.8 Working Subgroup, Snowmass 2001 // arXiv: hep-ph/0111080 vl, Reid David D., Kittell Daniel W., Arsznov Eric E., and Thompson Gregory B. The picture of our universe: A view from modern cosmology // arXiv.astro-ph/0209504 v2, Kamionkowski Marc. New Views of Cosmology and the Microworld // arXiv: hep-ph/0210370 vl, Ellis By John. Dark Matter and Dark Energy: Summary and Future Directions // arXiv: astro-ph/0304183vl, Tegmark Max Measuring Spacetime: from Big Bang to Black Holes // arXiv: astro-ph/0207199 vl и другие. . В этой составляющей плотности Вселенной выделяют два компонента: тёмное вещество (называемое ещё скрытой массой) и видимое вещество. Их соотношение составляет, по последним оценкам Ω В/ТЁМ=0.25 ± 0.02 (если брать грубо среднюю величину по всем работам), Ω В/ВИД= 0.05 ± 0.008. Природа видимого вещества известна ещё с незапамятных времён. Его составляют звёзды, активные ядра, газопылевые облака и другое «население» галактик, которое мы можем наблюдать в оптическом и других диапазонах электромагнитного спектра вследствие наличия у них излучающей, поглощающей или отражательной способности. Большую же часть (по массе) этого «содержимого» Вселенной составляют звёзды. Со скрытой массой сложнее, поскольку её название — «скрытая» говорит о том, что она не проявляет себя в излучении электромагнитного спектра и может быть обнаружена только косвенным образом — по гравитационному взаимодействию, что требовало развитие специальных исследований и развитие техники наблюдений. Её невозможно обнаружить непосредственно, и в силу этого весьма затруднительно однозначным образом определить её природу.

Первые предположения о её существовании появились ещё в 70-х годах XX столетия. В качестве таковой указывались межгалактический газ, нейтрино, при условии, что они имеют массу, гравитационные волны [345] Зельдович Я.Б., Новиков И.Д. Строение и эволюция Вселенной. М., 1975. 736 с. . К скрытой массе также могли быть отнесены чёрные дыры, планеты вне пределов Солнечной системы и другие астрономические и астрофизические объекты, непосредственно не наблюдаемые, однако их «удельный вес» во Вселенной слишком мал, чтобы они вносили в эту величину ощутимый вклад. Дальнейшие исследования показали, что темное вещество преобладает над видимым в несколько раз, и в настоящее время проблема определения природы тёмного вещества является одной из ключевых проблем современной космологии, которой посвящено множество работ [346] Substructure in Dark Matter Haloes: Where Does Galaxy Formation Come to an End? // arXiv: astro-ph/0312086 vIh другие. .

Объекты, рассматриваемые в последней четверти XX столетия в качестве претендентов на скрытую массу, рассматриваются в таком же качестве и сейчас, однако значительная часть специалистов полагает, что они недостаточны для объяснения известных в настоящее время величин плотности скрытой массы. Предлагается ряд новых «претендентов» на это звание. Это, прежде всего, массивные гипотетические слабовзаимодействующие частицы, которыми, в случае наличия у них большой массы, могут быть и нейтрино, маломассивные нейтрино, гипотетические маломассивные частицы — аксионы, гипотетические частицы, (суперпартнёры), существование которых следует из теории суперсимметрии, гипотетические сверхтяжелые частицы, и, наконец, самовзаимодействующее вещество. Предположительно, значительная часть всех этих частиц расположена в обширных гало, окружающих галактики. Какой из этих «претендентов» доминирует в наблюдаемой области Вселенной, какие просто наличествуют — все эти вопросы должны решаться разработкой соответствующих теоретических моделей и систематическими астрономическими наблюдениями, которые уже ведутся, и результаты которых сейчас активно обсуждаются.

Как видно из вышесказанного, общая относительная плотность, по крайней мере, наблюдаемой области Вселенной (Метагалактики) имеет величину порядка 1. Грубо обобщённое по разным источникам значение величины Ω составляет от 0.95 до 1.03. Это означает, что геометрия наблюдаемой части нашей Вселенной в предельно больших масштабах, исключая окрестности сверхмассивных и массивных объектов, евклидова или почти евклидова. А это, в свою очередь, помогает нам, почти через столетие после создания Фридманом своих моделей, наконец-то сделать выбор одной из них. Похоже, однако, что в этом выборе реализуется самый проблемный вариант: значение Ω определяется из наблюдений с какой-либо, пусть даже и очень малой, погрешностью, а модель плоской евклидовой Вселенной реализуется только в случае, когда Ω, строго равна 1. Любое, пусть даже ничтожно малое отклонение Ω от 1, означает «реализацию» во Вселенной, другой, не евклидовой геометрии, и соответственно, и иной фридмановской космологической модели. Кроме того, проблема определения Ω для всей Вселенной затруднена ещё и тем, что, согласно инфляционной космологии, за счёт раздувания пространства Вселенной на самых ранних этапах эволюции её «размеры» невообразимо велики, и мы наблюдаем её ничтожно малую часть. Делать же уверенные выводы из наблюдений, имеющих сильную погрешность измерения (когда эта погрешность так принципиальна), на всю Вселенную не вполне корректно. Эти обстоятельства позволяют утверждать, что одними наблюдениями проблему определения Ω (а значит и выбор типа фридмановской модели) не решить, для её решения необходимо привлекать дополнительные теоретические соображения.