Космологическая постоянная

Самое простое объяснение заключается в том, что тёмная энергия — это просто «стоимость существования пространства»: то есть, любой объём пространства имеет некую фундаментальную, неотъемлемо присущую ему энергию. Её ещё иногда называют энергией вакуума, поскольку она является энергетической плотностью чистого вакуума. Это и есть космологическая постоянная, иногда называемая «лямбда-член» (по имени греческой буквы Λ, используемой для её обозначения в уравнениях общей теории относительности). Введение космологической константы в стандартную космологическую модель, основанную на метрике Фридмана — Лемэтра — Робертсона — Уокера, привело к появлению современной модели космологии, известной как лямбда-CDM модель. Эта модель хорошо соответствует имеющимся космологическим наблюдениям.

Многие физические теории элементарных частиц предсказывают существование вакуумных флуктуаций, то есть наделяют вакуум именно таким видом энергии. Значение космологической константы оценивается в порядке 10⁻²⁹ г/см³, или около 1.03 кэВ/см³ (около 10⁻¹²³ в Планковских единицах).

Космологическая константа имеет отрицательное давление, равное её энергетической плотности. Причины, по которым космологическая константа имеет отрицательное давление, вытекают из классической термодинамики. Количество энергии, заключённое в «коробке с вакуумом» объёма V, равняется ρV, где ρ — энергетическая плотность космологической константы. Увеличение объёма «коробки» (dV положительно) приводит к возрастанию её внутренней энергии, а это означает выполнение ею отрицательной работы. Так как работа, выполняемая изменением объёма dV, равняется pdV, где p — давление, то p отрицательно и, фактически, p = −ρ (коэффициент с², связывающий массу и энергию, приравнен 1).^[2]

Согласно общей теории относительности, гравитация зависит не только от массы (плотности), но и от давления, причем давление имеет бо́льший коэффициент, чем плотность. Отрицательное давление должно порождать отталкивание, антигравитацию, и поэтому вызывает ускорение расширения Вселенной.^[7]

Дальнейшее развитие Вселенной возможно по 2 моделям. Ее расширение будет бесконечно, если масса вещества Вселенной меньше некой относительной величины, названной критической. Если масса Вселенной больше критической, то силы гравитации приведут к замедлению расширения, а затем к новому сжатию, т.е. вновь образуется сгусток, готовый к новому взрыву.

В зависимости от результатов исследований предпочтение отдается то одной ,то другой модели. В конце 20-го века большей популярностью среди ученых пользовалась 2-ая модель развития, т.е. мы живем в пульсирующей Вселенной с периодом порядка 80 млрд. лет.

3.2.2. современные взгляды на происхождение и эволюцию звезд и солнца.Через 0,01 секунду после начала большого взрыва создалась смесь легких ядер водорода и гелия, которые быстро распространились в межзвездном пространстве. В результате флуктуаций плотность этого межзвездного вещества в некоторых зонах превысила критическое значение, равное 1000 солнечных масс. В результате плотность вещества, повышаясь до критического значения, может создать гравитационное сжатие, которое может достичь такого уровня, что из этой области не будет ни отражения, ни излучения (черная дыра). Последующее сжатие приводит к ядерным реакциям, происходит взрыв, и газовое облако, массой больше 1000 солнечных, распадается на большое число меньших облаков. При этом выделяется значительная энергия, в том числе и световая. «Черная дыра» превращается в «белую». Образовавшиеся газовые облака вновь сжимаются под действием гравитации, часть газа при этом конденсируется в пылевые частицы. Потенциальная энергия этих частиц переходит в кинетическую энергию, температура повышается, и в протозвезде начинаются термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Различают два основных типа звезд: «звезды «населения 1», близкие по массе нашему солнцу и содержащие в исходной газопылевой смеси кроме водорода и гелия до 2% тяжелых ядер, обеспечивающих дальнейший синтез более тяжелых элементов;

«звезды населения 2», значительно превышающие 1.4 массы солнца в исходном составе которых нет тяжелых элементов, но которые образуются на поздних стадиях развития этих звезд и тем самым обеспечивают наличие этих элементов во Вселенной и в звездах 1-го типа.

Когда интенсивность термоядерных реакций уравновесит силы тяготения, звезда стабилизируется и приходит в то состояние, в котором пройдет 9/10 ее жизни, постепенно сжигая водород.

Солнце образовалось около 4,5 млрд. лет назад. В этом стабильном состоянии оно будет находиться еще около 5 млрд. лет. Когда водород в центре звезды будет исчерпан, ее температура повысится, а сама звезда сожмется, и начнется выгорание гелия. Дальнейшая эволюция звезд имеет 2 пути:

1.Для звезд , масса которых меньше 1,4 массы Солнца. При этом выделение энергии виде тепла и света возрастает одновременно с расширением газа до 200-300 диаметров звезды, что приведет к образованию красного гиганта, который сожжет и поглотит планеты. Эта стадия продлится около 10 млн. лет. Светимость и выделение энергии будут уменьшаться с периодическими выбросами вещества звезды в пространство. Звезда последовательно превращается сначала в “новую” звезду, затем в «красного гиганта», «белого карлика», «красного карлика» и «черного карлика», т.е. в плотный холодный комочек пепла.

2. Для звезд, масса которых больше 1,4 массы Солнца. Вместо фазы “новой” звезды происходит гигантский взрыв и звездное вещество разбрасывается в пространстве, являясь источником тяжелых ядер для новых звездных систем.