Какой была бы наша Вселенная без темной энергии?
«Мы давно знали, что Вселенная расширяется. Но около 15 лет назад мои коллеги и я обнаружили, что она расширяется все быстрее и быстрее. Вселенная расширяется все быстрее, чего никто не ожидал, но теперь это приписывается загадочной темной энергии, которая, кажется, составляет около 70% Вселенной». — Адам Рисс
В 1998 году две независимые группы ученых, изучающие самые далекие сверхновые во Вселенной, сообщили об одном и том же неожиданном явлении: у этих ослепительных вспышек света, яркость и красное смещение которых были известны с высокой точностью, была проблема — они были намного тусклее, чем ожидалось. И чем выше красное смещение, тем больше проблема. Объяснение? Они были дальше — и, следовательно, казались менее яркими — чем предполагала традиционная версия расширяющейся Вселенной. Вместо того чтобы быть заполненной лишь материей и излучением по всей ткани пространства, Вселенная также содержала небольшое, но важное количество энергии, присущее самому пространству: темной энергии.
По мере того, как наши измерения становились все лучше и лучше, а мы собирали данные из других источников, вроде флуктуаций космического микроволнового фона (CMB), мы обнаружили, что примерно 68% энергии во Вселенной приходится на эту загадочную темную энергию. Да, темная материя, обычная материя, нейтрино и излучение — все это имело жизненно важное значение для расширения и развития Вселенной, особенно в ранние времена. Но по мере взросления Вселенной темная энергия становилась все более и более важной и в конечном итоге приблизилась к 100% энергии, присутствующей в нашей Вселенной.
Но согласно общей теории относительности, все может быть и не так. У нас могла бы быть Вселенная вовсе без темной энергии: где нулевая энергия пустого пространства действительно была бы нулем, а не каким-то крохотным, ненулевым значением. Если бы такой была наша Вселенная, чем она отличалась бы от Вселенной, которую мы имеем сегодня? Вы удивитесь, но заметные отличия действительно могли быть.
- Вселенная была бы немножко другой
В настоящее время в нашей Вселенной возрастом 13,8 миллиарда лет 32% энергетической плотности приходится на материю, 68% на темную энергию, скорость расширения составляет 67 км/с/Мпк, а пределы наблюдаемого достигают 46,1 миллиарда световых лет. Если бы Вселенная имела точно такое же количество материи, но не имела бы темной энергии, она бы расширялась быстрее раньше и медленнее — сегодня. И значит:
- она была бы в размерах 47,7 миллиарда световых лет, а не 46,1 миллиарда;
- постоянная Хаббла была бы 56 км/с/Мпк, а не 67 км/с/Мпк;
- температура CMB (реликтового излучения) была бы значительно ниже, 2,62 К вместо 2,73 К;
- и было бы, очевидно, на 71% меньше энергии в общем, вследствие нехватки темной энергии.
Но главные различия проявятся далеко в будущем, особенно когда нам придется столкнуться со своей судьбой.
- Каждая галактика в наблюдаемой Вселенной была бы досягаема
В нашей Вселенной, где царит темная энергия, скорость удаления галактик от нас увеличивается с каждой минутой. Галактики, которые сейчас в 15 миллиардах световых лет от нас, удаляются быстрее скорости света, и никто из покидающих Землю — ни с помощью релятивистского космического аппарата, ни с помощью зонда, ни даже сам свет — не сможет до них никогда добраться. Уже сейчас 97% галактик в нашей Вселенной навсегда оказались за пределами нашей досягаемости. Но если убрать темную энергию, можно было бы добраться куда угодно, даже если двигаться десятки или сотни миллиардов лет.
- Новые галактики за пределами нашего горизонта стали бы доступны
Более того, даже галактики, свет которых никогда до нас не доходил, однажды станут видимы. А во Вселенной с темной материей видимые галактики постепенно смещаются до точки, когда перестают быть заметными для нас. В отсутствие темной энергии постоянно появлялись бы новые галактики в поле зрения.
- Постоянная Хаббла в конечном счете упала бы до нуля
Но никогда не стала бы нулем, имейте в виду, и никогда не обернулась бы вспять: для этого слишком мало энергии. Но скорость Хаббла асимптотически приближалась бы к нулю по мере того, как Вселенная продолжала бы расширяться, а это означает, что по прошествии бесконечного количества времени доступным бы стало бесконечное число галактик (хотя, опять же, не все).
- Сверхскопления действительно существовали бы
Наше местное сверхскопление, содержащее Местную группу, скопление Девы (самый большой член сверхскопления) и сотни других отдельных галактик, группы и скоплений, на самом деле не существует, благодаря темной энергии. Оно кажется гигантской структурой, но на деле не связано, и по истечении определенного времени все его компоненты разлетятся. Но без темной энергии гравитация в итоге победила бы. Прошло бы достаточно много времени, и все галактики, группы и скопления, составляющие сверхскопление Ланиакея, остались бы связаны и продолжили бы сливаться в космических масштабах.
- В итоге Млекомеда впала бы в скопление Девы
Скопление Девы, в 50-60 миллионах световых лет от нас, содержит порядка 1000 галактик, и является ближайшим скоплением галактик в нашей местной группе. Из-за расширения Вселенной, в настоящее время оно удаляется от нас со скоростью 1000 км/ч, или в 100 раз быстрее, чем летал самый быстрый наш космический аппарат. С учетом темной энергии, Дева будет удаляться от нас все быстрее и быстрее. Но если бы темной энергии не было, гравитационное притяжение Девы было бы непреодолимым и через сотню миллиардов лет — во много раз больше нынешнего возраста Вселенной — наша местная группа также слилась бы со скоплением Девы.
С темной энергией едва заметные различия в виде более энергичной и быстрее расширяющейся Вселенной сегодня приведут нас в далекое будущее, в которой местная группа будет одинока и изолирована, далекие галактики исчезнут из поля нашего зрения, а такой объект, как связанное космическое сверхскопление, просто перестанет существовать принципиально. На самых больших масштабах Вселенная обречена на пустоту.
