Космологічна постійна: поняття, визначення, формула розрахунку і проблеми
Космологічне доказ
Нинішнє вивчення Всесвіту прискорюється тепер дуже активно проводиться, з безліччю різних експериментів, що охоплюють абсолютно різні часові шкали, масштаби довжини і фізичні процеси. Створена космологічна модель CDM, в якій Всесвіт плоска і має такі характеристики:
щільність енергії, що становить близько 4% баріонної матерії;
23% темної матерії;
73% космологічної постійної.
Критичним результатом спостережень, який привів космологічну константу до її сучасної значущості, стало відкриття, що далекі наднові типу Ia (0<z<1), що використовуються в якості стандартних свічок, були слабкіше, ніж очікувалося в сповільнення Всесвіту. З тих пір багато групи підтвердили цей результат з великою кількістю нових і більш широким діапазоном червоних зміщень.
Пояснимо докладніше. Особливе значення в сучасної космологічної концепції мають спостереження того, що наднові з надзвичайно високим червоним зміщенням (z>1) яскравіше, ніж очікувалося, що є сигнатурою, яка очікується від уповільнення часу, що передує нашому поточного періоду прискорення. До виходу в 1998 році результатів дослідження найновіших вже існувало кілька ліній доказів, які проклали шлях до відносно швидкого прийняття теорії прискорення Всесвіту з допомогою найновіших. Зокрема, три з них:
Всесвіт виявилася молодше найстаріших зірок. Еволюція їх добре вивчена, і спостереження їх у кульових скупченнях та інших місцях показують, що найстарішим утворенням більше 13 мільярдів років. Ми можемо порівняти це з віком Всесвіту, вимірюючи швидкість розширення її сьогодні і простежуючи до часу Великого вибуху. Якщо б Всесвіт сповільнилася до своєї поточної швидкості, то вік був би менше, ніж, якби вона прискорилася до нинішнього показника. Плоска Всесвіт, що складається тільки з матерії, буде мати вік близько 9 млрд років – серйозна проблема, враховуючи, що вона на кілька мільярдів років молодше найстаріших зірок. З іншого боку, плоскою Всесвіту з 74% космологічної постійної було б близько 13,7 млрд років. Таким чином, спостереження, що вона в даний час прискорюється, вирішило вікової парадокс.
Занадто багато далеких галактик. Число їх вже широко використовувалося в спробах оцінити уповільнення розширення Всесвіту. Обсяг простору між двома червоними зміщеннями відрізняється в залежності від історії розширення (для заданого тілесного кута). Використовуючи число галактик між двома червоними зміщеннями в якості міри об’єму простору, спостерігачі визначили, що віддалені об’єкти здаються занадто великими порівняно з передбаченнями сповільнення Всесвіту. Або світність галактик, або їх кількість на одиницю обсягу еволюціонували з часом несподіваним чином, або обсяги, які ми обчислювали, були невірними. Прискорюватися матерія могла б пояснити спостереження, не викликаючи ніякої дивною теорії еволюції галактик.
Спостережувана площинність Всесвіту (незважаючи на неповні докази). Використовуючи вимірювання температурних флуктуацій в космічному мікрохвильовому фоновому випромінюванні (CMB), починаючи з того часу, коли Всесвіту було приблизно 380 000 років, можна зробити висновок, що вона просторово-плоска в межах декількох відсотків. Шляхом поєднання цих даних з точним виміром щільності матерії Всесвіту стає ясно, що вона має лише близько 23% від критичної щільності. Один із способів пояснити відсутню щільність енергії – застосувати космологічну константу. Як виявилося, деяка кількість її просто необхідно для пояснення прискорення, спостережуваного за даними наднової. Це стало саме тим фактором, який потрібен, щоб зробити всесвіт плоскою. Тому космологічна константа дозволила явне протиріччя між спостереженнями щільності матерії і CMB.
