Темная энергия — гораздо более странная
субстанция, чем темная материя. Начать с того, что она не собирается в
сгустки, а равномерно «разлита» во Вселенной. В галактиках и скоплениях
галактик её столько же, сколько вне их. Самое необычное то, что темная
энергия в определенном смысле испытывает антигравитацию. Мы уже
говорили, что современными астрономическими методами можно не только
измерить нынешний темп расширения Вселенной, но и определить, как он
изменялся со временем. Так вот, астрономические наблюдения*
свидетельствуют о том, что сегодня (и в недалеком прошлом) Вселенная
расширяется с ускорением: темп расширения растет со временем. В этом
смысле и можно говорить об антигравитации: обычное гравитационное
притяжение замедляло бы разбегание галактик, а в нашей Вселенной,
получается, всё наоборот.
Такая картина, вообще говоря, не противоречит общей теории
относительности, однако для этого темная энергия должна обладать
специальным свойством — отрицательным давлением. Это резко отличает её
от обычных форм материи. Не будет преувеличением сказать, что природа темной энергии — это главная загадка фундаментальной физики XXI века.
Один из кандидатов на роль темной энергии — вакуум. Плотность
энергиии вакуума не изменяется при расширении Вселенной, а это и
означает отрицательное давление вакуума**.
Другой кандидат — новое сверхслабое поле, пронизывающее всю Вселенную;
для него употребляют термин «квинтэссенция». Есть и другие кандидаты,
но в любом случае темная энергия представляет собой что-то совершенно
необычное.
Другой путь объяснения ускоренного расширения Вселенной состоит в
том, чтобы предположить, что сами законы гравитации видоизменяются на
космологических расстояниях и космологических временах. Такая гипотеза
далеко не безобидна: попытки обобщения общей теории относительности в
этом направлении сталкиваются с серьезными трудностями.
По-видимому, если такое обобщение вообще возможно, то оно будет
связано с представлением о существовании дополнительных размерностей
пространства, помимо тех трех измерений, которые мы воспринимаем в
повседневном опыте.
К сожалению, сейчас не видно путей прямого экспериментального
исследования темной энергии в земных условиях. Это, конечно, не
означает, что в будущем не может появиться новых блестящих идей в этом
направлении, но сегодня надежды на прояснение природы темной энергии
(или, более широко, причины ускоренного расширения Вселенной) связаны
исключительно с астрономическими наблюдениями и с получением новых,
более точных космологических данных. Нам предстоит узнать в деталях,
как именно расширялась Вселенная на относительно позднем этапе её
эволюции, и это, надо надеяться, позволит сделать выбор между
различными гипотезами.
* Речь идет о наблюдениях сверхновых типа 1а.
** Изменение энергии при изменении объема определяется давлением, ΔЕ = —pΔV.
При расширении Вселенной энергия вакуума растет вместе с объемом
(плотность энергии постоянна), что возможно, только если давление
вакуума отрицательно. Отметим, что противоположные знаки давления и
энергии вакуума прямо следуют из Лоренц-инвариантности.
