Lambda, космологічна константа

Космологічна константа, вигадана Ейнштейном у 1917 році, має всі шанси стати матір'ю всіх несподіваних поворотів сюжету. Створена, щоб врятувати всесвіт від неминучого колапсу, згодом зганьблена самим творцем як найбільша помилка його життя, і реабілітована в дев'яностих роках для пояснення прискореного розширення космосу, ніхто вже не сподівався, що lambda зможе піднести нам ще один наративний сюрприз — навіть Агата Крісті не придумала б кращого.

І саме це, схоже, відбувається зараз. Історія спантеличує, і її варто згадати у цю дощову та нудну суботу.

Матерія говорить простору, як викривлятися, а простір говорить матерії, як рухатися. Це теорія загальної відносності у нематематичному формулюванні фізика Джона Арчибальда Вілера.

Коли її застосовують до всього всесвіту, виявляється, що всесвіт не більш стабільний, ніж баскетбольний м'яч, підвішений над кільцем. Або він входить (всесвіт стискається), або виходить (всесвіт розширюється).

Ейнштейн, як і всі у 1917 році, вважав, що всесвіт статичний, тому витягнув з рукава lambda, або космологічну константу, яка могла б компенсувати гравітаційне притягання між частинами космосу і таким чином запобігти його колапсу. Хитрість спрацювала математично, але сам Ейнштейн не зміг приховати свого сумління в тій же статті, в якій її представив: «Треба визнати, що нам довелося ввести розширення рівнянь, яке не виправдане нашим нинішнім знанням гравітації».

Коли через кілька років Едвін Хаббл виявив, що всесвіт розширюється, Ейнштейн визнав, що космологічна константа була найбільшою помилкою в його кар'єрі і відмовився від ідеї. І її відклали до 1998 року, коли астрономи виявили, що розширення всесвіту прискорюється, і змогли пояснити це, повернувшись до «найбільшої помилки» Ейнштейна.

Космологічна константа здавалася саме тією загадковою «темною енергією», що спричиняє прискорення розширення. Оскільки це властивість простору, вона зростає, коли простір розширюється. Звідси й прискорення.

Уявіть блакитне світло як дуже стиснуту пружину, а червоне світло як більш розтягнуту пружину. Поки воно йде від далекої галактики до нас, блакитне світло проходить через простір, що розширюється, і, отже, стає більш червоним. Це відомо як ефект Доплера, або червоне зміщення.

Його звуковим еквівалентом є той спадний звук, який видає автомобіль, коли віддаляється по дорозі (високі ноти – це звукові хвилі, стиснутіші, ніж низькі).

Повертаючись до світла, яке ми отримуємо від далеких галактик, червоне зміщення є мірою того, як швидко галактика віддаляється від нас, а отже, як далеко вона від нас знаходиться. (Уявіть собі повітряну кулю з цятками і надуйте її: дві близькі цятки повільно віддаляються одна від одної; дві далекі цятки швидко віддаляються).

Спектроскопічний інструмент для темної енергії (DESI) поблизу Тусона, штат Арізона, – це геометр, який п'ять років малює 3D-карту всесвіту: поточного всесвіту і минулого, оскільки перші нерівності, зморшки та хвилі, які утворилися в дитинстві космосу, досі можна спостерігати в розподілі галактик у найбільших масштабах.

Вимірявши червоні зміщення 30 мільйонів галактик, DESI в цілому підтвердив існування темної енергії, або лямбда, але його безпрецедентна точність також розкриває останній несподіваний поворот сюжету цієї історії: розширення всесвіту прискорюється, так, але менше, ніж раніше. Тобто космологічна константа Ейнштейна не є постійною.