Инфляционная космология: бесплатный пир во время любой чумы
Меня попросили прокомментировать статью Бориса Штерна «Просветление темной энергии: Вселенная стала выглядеть интереснее» в «Троицком варианте» (https://www.trv-science.ru/2024/12/vselennaya-stala-vyglyadet-interesnee/). Да не вопрос: статья любопытная и забавная, потому что типична для инфляционной космологии.
Итак, предыстория: в 1998 году было открыто ускорение расширения Вселенной. Оно хорошо описывалось положительной космологической постоянной, введенной еще Эйнштейном. Это постоянство помогло тому, что в инфляционной космологии доминирующей гипотезой для объяснения этого ускорения стало отрицательное квантовое давление вакуума, которую не удавалось вычислить из существующих теории, но которая объявлялась новой фундаментальной константой. Вот что писал академик В. Рубаков: «Открытие темной энергии было сделано астрономическими методами и стало для большинства физиков полной неожиданностью. Темная энергия, пожалуй, главная загадка современного естествознания». «Подчеркнем, что однородность в пространстве и постоянство во времени - это точные, а не приближенные свойства вакуума. Плотность энергии вакуума - это мировая константа (по крайней мере, в той части Вселенной, которую мы наблюдаем)».
Конечно, о темной энергии было высказано множество других гипотез, но они явно уступали «вакуумной теории».
В модели циклической Вселенной космологическая постоянная была выведена из решения уравнения Эйнштейна, в котором была учтена возможность роста гравитационной массы далекой Большой Черной Дыры. И сразу стало понятно, что так называемая «космологическая постоянная» Λ вовсе не постоянная, а функция. Вот кусок из нашей с Васильковым статьи в MNRAS от февраля 2018 года, где приводятся оценки для космологической постоянной (полное выражение - см. уравнение (11), а еще лучше - формулу (А3): (https://academic.oup.com/mnras/article/476/1/1384/4848298)
Как мы видим, в формуле присутствует зависимость от размера Вселенной r, который растет, следовательно, Λ должна падать. Но такой вывод основан только на зависимости от растущего размера Вселенной. Но должен расти и размер Большой Черной Дыры r_0, который увеличился от одного светового года примерно в миллиард раз. За это время размер Вселенной увеличился от 10 светолет примерно в десять миллиардов раз, то есть, в среднем и пока рост ее размера доминирует. На основе этого отношения радиусов лямбда Λ должна уменьшатся. Это сугубо предварительный вывод, потому что со временем может менять и показатель альфа в экспоненциальной зависимости изменения гравитационной массы. Тем не менее, можно сделать вывод, что космологическая постоянная ДОЛЖНА меняться со временем, и вполне возможно, что она сейчас уменьшается.
Статья Бориса Штерна обсуждает данные проекта DESI, который с помощью 4-х метрового телескопа, снабженного 5 тысячами спектрометров, замерил расстояние между галактиками 11 миллиардов лет назад. При этом было обнаружено - с вероятностью более 3.5 сигма - что космологическая постоянная уменьшается со временем (и, соответственно, с размером Вселенной). Это означает, что наша модель с переменной космологической постоянной получает существенную поддержку, а главный ее «конкурент» - доминирующая в инфляционной модели идея вакуума с постоянным отрицательным давлением - получила мощный удар. Последний факт подчеркивает сам Штерн.
И как на это реагирует Борис Штерн, большой сторонник инфляционной космологии? С большим энтузиазмом! «Я бы назвал этот результат не только важным, но и позитивным. Признаюсь, я ждал и верил в него (хотя надо плюнуть через левое плечо: для окончательной уверенности нужны другие подтверждения).» Оказывается, ему давно не нравилась теория отрицательного давления вакуума, мультиверс в 10^120 вселенных, и антропный принцип, который выбирает, в какой из них можно выжить! «А сам вакуум, вполне возможно, имеет строго нулевую энергию. И тут уже не привлечешь антропный принцип как палочку-выручалочку. Надо напрягаться и думать».
Вот это сенсация, куда-там DESI со своими измерениями! Что там осталось от инфляционной теории или всей квантовой космологии, если выбросить все, что Штерну не нравилось?
Циклическая космология настаивает на замкнутой Вселенной. Инфляционная космология предсказывала бесконечный разлет нашего мира. DESI позволяет пересмотреть этот сценарий. Вот что говорят исследователи из Канады: «Если со временем ситуация меняется, это может привести к совершенно другим космическим сценариям судьбы Вселенной. Это может повлиять на то, будет ли наш космос продолжать расширяться вечно, что приведет к холодному, темному и одинокому будущему, или же он может замедлиться и повернуть вспять курс, что приведет к тому, что было названо «большим сжатием». https://perimeterinstitute.ca/news/hints-dark-energy-could-vary-over-time-excite-cosmologists. Хо-хо! На сцене, благодаря новым наблюдениям, появилось Большое Сжатие, которое является ключевым элементом циклической космологии.
Статья Бориса Штерна написана в традиционном духе квантовых космологов, которые на любые наблюдательные результаты, даже противоречащие их основным гипотезам, бодро, не проронив слезинки по поводу скончавшейся модели, выдвигают другую гипотезу со скамейки запасных. Так и тут, появилась квантовая «квинтэссенция», которая тоже никак не обоснована, но она уже гибче (имеет свободные параметры, которые можно подкрутить, в отличие от вакуумной константы). Инфляционная космология неопровержима, она пирует во время любой чумы!
Борис Штерн пишет: «Вселенная становится интересней, а ее судьба не столь унылой, как в случае вечного расширения с постоянным ускорением». Согласен, что в космологии становится все интереснее, но понимаю под этим совсем не то, что Штерн. Я лично ожидаю дальнейшего наблюдательного смывания протухших квантовых моделей - сколько бы там их не теснилось в зоне ожидания.
Хочу также прояснить некое непонимание, которое проскальзывает в комментариях. Современная ΛDCM космология в основном основана на космологических уравнениях Фридмана с феноменологическими коэффициентами - числами, попросту - в виде космологических констант и т.д. Квантовые космологи часто делают вид, что это они создали ΛDCM космологию (или обосновали ее), но это абсолютный миф! Например, ΛDCM космология не делает никаких предположений о природе космологической постоянной. Модель циклической космологии ни в коем случае не опровергает ΛDCM космологию или теорию Большого Взрыва - она пытается а. прояснить физику механизма Большого Взрыва и космологической постоянной в рамках этих моделей; б. рассматривает эти теории, как в первом приближении адекватно описывающие состояние Вселенной в последние 13+ миллиардов лет. Эти теории, безусловно, войдут как подмножество в более общую модель циклической Вселенной.