Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - [122]

Решение, описывающее открытую вселенную, Фридман нашел в 1924 г., примерно за год до своей смерти (от тифа из-за немытой груши, купленной на железнодорожной станции при возвращении в Петроград из свадебного путешествия по Крыму). Уравнения Фридмана остаются в точности теми же, какими они были получены почти сто лет назад, а вот наблюдательные возможности с тех пор расширились необычайно. Решения уравнений Фридмана для расширяющейся вселенной определенно говорят, что имеющаяся в ней энергия/материя, уж сколько есть, замедляет расширение своим притяжением. А с использованием нескольких остроумных идей (включающих наше понимание механизма сверхновых типа Ia) для этого факта была придумана наблюдательная проверка: ставилась задача узнать, насколько велико замедление. Результат, полученный двумя группами астрономов в самом конце XX в., не попал ни в один из обсуждавшихся трех сценариев расширения. Темп расширения Вселенной, по-видимому, увеличивается последние несколько миллиардов лет. Аналог этой ситуации в задаче про тело в поле притяжения – ускорение по мере удаления, т. е. отталкивание. Что же во Вселенной мы проглядели, что способно к расталкиванию далеких друг от друга космических объектов? Какая вообще материя способна расталкивать видимые нами объекты? Вроде бы никакая, потому что всякая масса/энергия порождает кривизну так, что участники движения ощущают притяжение.

Однако мы недаром упражнялись на этой прогулке в записи таблиц. Материя может говорить с пространством-временем десятью разными голосами: таблица энергии-движения-сил, появившаяся ранее,

содержит не только энергию E и не только три компоненты количества движения P, Q, R, но еще и давления p, q, r; и, для полноты, еще касательные натяжения. И мы просто не успели остановиться и, выдохнув и вдохнув, еще раз сказать себе: кривизну создают все десять явлений. Уравнения Эйнштейна – это действительно штука с глубоким внутренним устройством; кроме энергии и количества движения, в них участвуют еще шесть величин, и сейчас самое время о них вспомнить. Касательные натяжения нам едва ли подходят, потому что мы продолжаем описывать мир, одинаковый по всем направлениям, а вот с давлением перспективы есть.

Энергия искривляет пространство-время. Количество движения искривляет пространство-время. Давление и натяжение искривляют пространство-время

Когда мы выбрали пыль в качестве наполнителя вселенных, мы тем самым нарочно забыли о давлении, т. е. положили его равным нулю перед тем, как решать уравнения Эйнштейна (в том конкретном виде для рассматриваемых вселенных, который называется уравнениями Фридмана). Попробуем теперь то же самое, но с давлением. Вселенная по-прежнему «вся одинаковая», поэтому все три буквы для давления p, q, r равны одна другой. А всего параметров у вселенной получается два: плотность и давление, причем давление участвует в производстве кривизны независимо от плотности. Если оно положительно, то эффект добавляется к тому притяжению, которое создает плотность энергии. Но если давление отрицательно, то его вклад создает расталкивание. Баланс между плотностью и давлением среды может оказаться таким, что на больших расстояниях побеждает расталкивание. Похоже, что у нас нет выбора, кроме как признать, что в космосе имеется нечто, производящее отрицательное давление.

Среда с отрицательным давлением сопротивляется не ее сжатию за счет каких-то внешних усилий (как обычные газы с положительным давлением: накачайте-ка велосипедные шины ручным насосом!), а ее расширению за счет внешних усилий. Необычно? Возможно, но не запрещено никакими известными законами и, более того, не приводит к серии парадоксов. Такая среда с отрицательным давлением, распределенная по космосу, называется (снова не очень удачно) темной энергией. Это, в общем, и все, что про нее известно. Строго говоря, неизвестно даже, существует ли она как «среда», т. е. как некоторое физическое поле, или же это свойство, без которого пространство-время в нашей Вселенной «не продается», – неотъемлемое свойство самого вакуума. В одном из вариантов «штука с отрицательным давлением» в уравнениях Эйнштейна становится неотличимой от того самого космологического слагаемого (метрика) · Λ, которое в 1917 г. добавил в уравнения Эйнштейн, руководствуясь совсем другими (и не особенно верными) идеями.

История не лишена иронии: Эйнштейн изменил свои первоначальные уравнения, добавив в них космологическую постоянную, в ходе малоудачной попытки организовать вселенную, неизменную во времени; затем он постепенно отказался от идеи статической (неизменной) вселенной, но в период концентрации на ней пропустил решение, описывающее расширяющуюся вселенную и найденное затем Фридманом. Расширение нашей Вселенной было открыто экспериментально Хабблом, и про космологическую постоянную забыли, пока на рубеже XXI в. она не потребовалась снова для математической поддержки нового наблюдательного результата – что Вселенная не просто расширяется, но темп этого расширения растет[145]. Мы совсем не знаем, чем в действительности является темная энергия, как в точности связаны ее (отрицательное) давление и (положительная) плотность энергии, но в обозначениях почти стандартно фигурирует буква Λ как напоминание об эффектах того рода, на возможность которых впервые обратил внимание Эйнштейн, использовав именно эту букву.