astro.wikisort.org - Наука

Пробле́ма космологи́ческой постоя́нной — закрепившееся в современной астрофизике выражение, означающее противоречие, которое существует между предсказанием значения космологической постоянной посредством применения двух фундаментальных физических теорий, общей теории относительности (ОТО), а также квантовой физики, и экспериментальными замерами её величины.

Предсказанная величина получается больше экспериментально измеренной на 120 порядков — «наихудшее предсказание, когда-либо сделанное научной теорией», по словам Ли Смолина[1].

Космологическая постоянная и физический вакуум

Физический вакуум, низшее энергетическое состояние квантованного поля, согласно предсказаниям квантовой теории поля, имеет некоторую плотность энергии, которая может быть отлична от нуля (так называемая нулевая энергия). В силу так называемой перенормировки вероятности процессов не зависят от нулевой энергии, так что в рамках КТП нулевая энергия остаётся неизмеримой.

В уравнения ОТО также входит величина, известная как космологическая постоянная или лямбда-член — физическая постоянная, характеризующая свойства вакуума:

${\displaystyle \Lambda =8\pi G{\frac {w}{c^{4}}}}$, где ${\displaystyle w}$ — плотность энергии вакуума.

Эта величина может быть экспериментально измерена благодаря своему влиянию на метрику (кривизну) пространства в целом.

Экспериментальное значение

Космологическая постоянная ${\displaystyle \Lambda }$ может быть измерена благодаря своему влиянию на процесс разбегания галактик. Эти измерения были проделаны в 1998 году двумя группами астрономов, изучавших сверхновые звёзды (см. тёмная энергия), и было получено очень малое значение для космологической постоянной: ${\displaystyle \Lambda \sim 10^{-53}}$ м⁻². Искажения Вселенной становятся ощутимы лишь при масштабах, сравнимых с размером наблюдаемой части Вселенной, ${\displaystyle \Lambda ^{-1/2}=3\cdot 10^{26}}$ м. За эти измерения Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс получили Нобелевскую премию по физике за 2011 год.

Предсказание

Даже одно-единственное квантовое поле, например, электрон-позитронное, согласно КТП, создаёт в вакууме «нулевую» плотность энергии порядка ${\displaystyle w\sim m_{e}\left(m_{e}{\frac {c}{\hbar }}\right)^{3}c^{2}}$, что уже само по себе даёт значение космологической постоянной ${\displaystyle \Lambda \sim 3\cdot 10^{-17}}$ м⁻², завышенное на много порядков. Более аккуратная оценка «нулевой» энергии методами КТП по порядку величины приближается к планковской плотности (масса и энергия связаны уравнением Эйнштейна), что ещё дальше от действительности.

Примечания

Ссылки

• Космологическая постоянная (неопр.). Дата обращения: 10 августа 2012. Архивировано 10 августа 2012 года.
• С. Вайнберг. «Проблема космологической постоянной» (Лекции имени Мориса Леба по физике в Гарвардском университете) (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 1989. — Т. 158, вып. 8. — С. 639—678. — doi:10.3367/UFNr.0158.198908d.0639. Архивировано 10 августа 2012 года.
• O'Dowd, Matt The Crisis in Cosmology (неопр.). PBS Spacetime (24 января 2019).

На других языках

---

[en] Cosmological constant problem

In cosmology, the cosmological constant problem or vacuum catastrophe is the disagreement between the observed values of vacuum energy density (the small value of the cosmological constant) and theoretical large value of zero-point energy suggested by quantum field theory.

---

- [ru] Проблема космологической постоянной

---

---