134. Акустические пики

Наибольшую амплитуду имеют акустические волны, длина которых равна длине звукового горизонта — расстоянию, пройденному звуком во Вселенной за все время от Большого Взрыва до рекомбинации, т.е. за 300 тысяч лет. Точный угловой размер этих флуктуаций, называемых акустическим пиком, напрямую зависит от геометрии Вселенной, поскольку излучение от первичных неоднородностей распространяется по наикратчайшим линиям, которые в евклидовом пространстве (т. е. если плотность всех видов материи точно равна критической) являются прямыми, в пространстве Лобачевского (плотность материи ниже критической) — гиперболами, и в пространстве Римана (плотность выше критической) — дугами окружностей. Т. о., зная, на какой угловой масштаб приходится акустический пик, можно узнать геометрию Вселенной. В частности, если геометрия Вселенной является евклидовой, то акустический пик должен приходиться на угловой размер примерно один градус, l = 200.

135. Ускоренно расширяющаяся Вселенной

Вселенная не просто расширяется, она расширяется с ускорением. Расширение пространства при этом не приводит к расширению вещества, т.к. частицы вещества связаны более значительными на малых расстояниях силами взаимодействия (электромагнитными и гравитационными). В результате обработки обширных систематических наблюдений анизотропии РИ было установлено, что средняя плотность Вселенной ρ близка к критическому значению ρс. При этом параметр плотности материи (видимой ρB и скрытой ρD) не превышает 30% от критической. Не исключено, что обе плотности строго равны.

136. Свойства тёмной энергии.

Ранее существовавшие космологические модели исходили из предположения, что основную часть массы Вселенной составляет материя (как видимая, так и тёмная). На основании новых наблюдений, свидетельствующих об ускорении расширения, нулевой кривизне пространства и др., было постулировано существование неизвестного вида энергии с отрицательным давлением. Её назвали тёмной энергией. В настоящее время предполагается, что тёмная энергия является носителем антитяготения, т.е., силы, которая приводит к ускоряющемуся расширению Вселенной. Антитяготение проявляется только на межгалактических расстояниях.

137. Проблема космологической постоянной

Космологическая постоянная (Λ) – физическая постоянная, характеризующая свойства вакуума, была введена Эйнштейном в уравнения тяготения для того, чтобы получить пространственно однородное статическое решение. После построения теории эволюционирующей космологической модели Фридмана и получения подтверждающих её наблюдений, необходимость в Λ-члене отпала. В конце 90-х годов прошлого века космологическая постоянная «вернулась». Для описания эволюции Вселенной в рамках ОТО теперь опять имеет смысл вернуться к космологической постоянной Λ, которая и будет ответственной за силу антигравитации: . Численное значение Λ, которое удовлетворяло бы наблюдательным фактам, пока теоретически не получено. Эта величина подлежит измерению в специальных космологических наблюдениях.

138. Некоторые параметры ΛCDM-модели

Плотность барионной (видимой) материи ΩВ = 0,0444 (+0,0042/– 0,0035).

Плотность всей материи (видимой и тёмной) ΩМ = 0,266 (+0,025/– 0,040).

Плотность тёмной энергии ΩΛ = 0,732 (+0,040/– 0,025).

Возможные носители тёмной энергии: вакуум (тот же, что и в квантовой теории поля или другой?), квинтэссенция (неизвестное современной науке динамическое поле или пятое взаимодействие?).

139. Будущее Вселенной

Выводы из теории Фридмана относительно будущего существенно зависят от соотношения между сегодняшними значениями постоянной Хаббла и средней плотности вещества во Вселенной. • Существует определённая критическая величина плотности, которая и будет определять дальнейший сценарий эволюции.

• Если фактическая плотность меньше этого критического значения, то тяготение не сможет остановить расширение: хотя расширение и будет замедляться, но оно не сменится сжатием. При этом пространство бесконечно, а при однородной плотности бесконечно и общее количество вещества во Вселенной. Геометрия пространства неевклидова, а кривизна отрицательна.

• При средней плотности, равной критической, скорость расширения стремится к нулю (происходит замедление расширения), кривизна пространства равна нулю, и пространство в среднем обладает евклидовой геометрией.

Если же плотность больше критической, то притяжение велико и наблюдаемое в настоящее время расширение должно в будущем смениться остановкой и сжатием.

Для суждения о том, является ли Вселенная бесконечной (открытой) или замкнутой, сравнивается сегодняшнее значение плотности ρ с сегодняшним же значением Н₀, от которого зависит ρ_с.

• С течением времени ρ и Н меняются. Оказывается, однако, что изменение ρ и Н происходит так, что знак разности (ρ – ρ_с) не может измениться. Т.о., если будет доказано, что сегодня ρ > ρ_c, то это означает, что и всегда было и будет ρ > ρ_c, свойство замкнутости не может измениться с течением времени.

• Для принятого в настоящее время значения Н0 критическая плотность равна 9,23•10^–30 г/см³