Конец тёмной космологии

Конец тёмной космологии
Девяносто пять процентов Вселенной пропали. Вы их не украли, и я тоже. Так где же они?
На протяжении четверти века стандартная космологическая модель утверждала, что в космосе доминируют две невидимые субстанции — темная материя и темная энергия, — которые так и не были обнаружены, несмотря на самые масштабные и дорогостоящие поиски в истории науки. Тысячи физиков. Миллиарды долларов. Ни одной частицы не найдено.
А что, если они искали не то?
В книге «Конец темной космологии» Борис Кригер прослеживает двадцатилетний путь от спора за ужином с космологами нобелевского уровня в Гарварде до монографии объемом 568 страниц, содержащей девятнадцать рецензированных статей, — все они построены на одном поразительном вопросе: что, если квантовый вакуум обладает локальной гравитацией?
Вакуум обладает энергией. Энергия обладает массой. Масса обладает гравитацией. Это не предположения — это устоявшиеся законы физики. Кригер показывает, что одно из предположений, сделанных в 1967 году, — приравнивание энергии вакуума к космологической постоянной — никогда не было теоремой. Если его убрать, то возникает более простая Вселенная: никаких новых частиц, никаких новых сил, никаких свободных параметров. Только квантовая хромодинамика, общая теория относительности и ткань пустого пространства, делающая то, что уравнения всегда предсказывали.
Эта книга, написанная в форме детективного рассказа с юмором и доступными метафорами — швейцарский сыр, сметана на резиновой мембране, пивная пена — переносит читателя от эффекта Казимира к кривым вращения галактик, от космического микроволнового фона к космическому телескопу Джеймса Уэбба и от кварковой структуры протона к философии блочной Вселенной. Никаких уравнений. Никакого жаргона. Просто цепочка рассуждений, которую сможет понять любой любознательный читатель.
Полное техническое обоснование доступно в монографии Кригера « Космология без темного сектора: локальная гравитация квантового вакуума» ( ; LGQV) , которую можно приобрести на Amazon.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
энергия вакуума • космология • темная материя • квантовая гравитация • галактическая динамика • космическая структура • общая теория относительности
Содержание
ПРЕДИСЛОВИЕ 5
Глава первая: Пять вопросов, которые никто не задавал 26
Глава вторая: Развод 38
Глава третья: Что если вакуум будет тяготеть? 52
Глава четвёртая: Сметана на резиновой мембране 63
Глава пятая: Число, которое не было бесплатным 71
Глава шестая: Шприц в резиновом блоке 83
Глава седьмая: Упругий мир 90
Глава восьмая: Надувание без надувного устройства 96
Глава девятая: Космическое микроволновое излучение говорит «да» 102
Глава десятая: Как структура развивается в живом вакууме 108
Глава одиннадцатая: Компьютер сказал что-то неожиданное 112
Глава двенадцатая: Телескоп, который сломал старую модель 117
Глава тринадцатая: Два пути к гигантской чёрной дыре 122
Глава четырнадцатая: Почему галактики вращаются слишком быстро 127
Глава пятнадцатая: Гравитация пустоты 132
Глава шестнадцатая: Недостающие пятнадцать процентов 137
Глава семнадцатая: Свеча, которая не мерцала 142
Глава восемнадцатая: Вселенная, которая всегда существовала 147
Заключение: Простота, которую мы чуть не упустили 152
Глоссарий 160
Хронология 185
Библиография 195


 
;
ПРЕДИСЛОВИЕ
Весной 2006 года на ужине в рамках конференции по сверхмассивным черным дырам в Гарварде я оказался напротив Джоэла Примака, одного из создателей теории холодной темной материи, на которой в значительной степени построена современная космология. В то время я не был космологом. Я был научным писателем, хотя и не из тех, кто тихонько делает заметки и не беспокоит экспертов. У меня была менее полезная привычка задавать вопросы, на которые люди предпочитали не отвечать. Мое образование было в области теории систем, а это значит, что большую часть своей жизни я посвятил изучению того, как совершенно разные вещи могут подчиняться одним и тем же глубинным закономерностям. Я приехал в Кембридж, штат Массачусетс, по одной простой причине: самая большая известная нам система, сама Вселенная, казалась мне находящейся в затруднительном положении, и почти никто из присутствующих, похоже, не хотел говорить об этом вслух.
Когда я поднял некоторые вопросы о темной материи, жена Примака, Нэнси Эллен Абрамс, ответила сразу и с большой силой. Она работала советником в Конгрессе и в соавторстве с ним написала книгу под названием « Взгляд из центра Вселенной» . Она была умна, сообразительна и убедительна в аргументации. Примак слушал с легкой улыбкой, выражением лица пожилого ученого, который видел, как многие гости, вступая в разговор, не осознают, насколько мало внимания будет уделено их сомнениям. Тем не менее, я продолжил. Затем я задал вопрос, который, хотя я тогда и не осознавал этого, определил следующие двадцать лет моей жизни: если каждая космологическая теория до вашей в конечном итоге оказывалась неверной, почему вы так уверены в правильности вашей?
Несколько астрофизиков, сидевших неподалеку, рассмеялись. Это был не злобный смех. Это был смех, предназначенный для вопроса, который сам по себе справедлив, но неуместен в той обстановке, где он задается. Примак окинул его осторожным, дипломатичным взглядом. Нэнси сказала, что их теория верна, потому что она верна. К ее чести, она сразу же поняла замкнутый круг в своих словах и быстро перешла к более весомому тезису: их теория, утверждала она, основывалась на наблюдениях. Я ответил, что теория Птолемея также основывалась на наблюдениях, причем на наблюдениях очень высокого качества для своего времени. Мы продолжали в таком же духе некоторое время, обходя один и тот же вопрос с разных сторон, пока кто-то не перевел разговор на Джорджа Буша-младшего, и вечер не скатился к политике, что часто происходит, когда космологи исчерпывают свои космологические аргументы.
Мы расстались на хороших условиях. Мы пожали друг другу руки под портретами людей, которые когда-то с полной уверенностью верили, что Солнце вращается вокруг Земли.
Джоэл Примак скончался 13 ноября 2025 года после долгой и мужественной борьбы с раком поджелудочной железы. Ему было восемьдесят лет. Его жена сказала, что потерять его было все равно что наблюдать, как во второй раз сгорает Великая Александрийская библиотека. Я вспоминаю его с искренней теплотой. Он был гигантом теоретической физики, щедрым и порядочным человеком, а также тем, чей красный галстук на том банкете в Гарварде, в результате стечения обстоятельств, которые ни один из нас не мог предсказать, направил меня на путь, приведший к написанию этой книги. Далее следует, в некотором смысле, продолжение разговора, который мы начали в тот вечер. Мне нравится думать, что он мог бы прочитать это с той же сдержанной полуулыбкой.
Тот ужин, вместе с конференциями на Кубе и в Монреале, которые его подготовили, в конечном итоге стал частью книги, которую я опубликовал в 2008 году под названием «Неопределенная Вселенная» . В этой книге я утверждал, что космология находится между двумя различными видами неопределенности. Одна лежит на самых малых масштабах, где квантовая механика управляет материей и где природа сопротивляется той четкой определенности, которую когда-то обещала классическая мысль. Другая лежит на самых больших масштабах, где сама Вселенная отказывается стать полноценным лабораторным объектом. Я ездил на конференции в Кембридж и Гавану, общался с астрономами, посвятившими свою жизнь изучению объектов, находящихся в миллиардах световых лет от нас, и пришел к простому выводу: космология делала поразительные заявления на основе поразительно неполных данных. Это было не потому, что ученые были небрежны. Совсем наоборот. Они были необычайно одарены. Сложность была заложена в самой сути предмета. Вселенная уникальна. Ее нельзя повторить. Ее нельзя сравнить с другой вселенной. Большая часть этой территории навсегда находится вне досягаемости любого света, скрытая за горизонтом, с которого никогда не сможет прийти никакой сигнал.
На Кубе, на конференции по гравитации, я встретил Роберто Суссмана и Акселя де ла Макорру . Оба подтвердили то, что я уже начал подозревать. Космические временные масштабы, с такой уверенностью описываемые в популярных источниках, на самом деле не являются временем в обычном человеческом понимании. Один из них прямо заявил: все эти световые годы — для широкой публики . Исследователи на самом деле измеряют красное смещение. Это различие имеет большее значение, чем кажется на первый взгляд. Красное смещение — это не часы, которые можно держать в руке, и не прямое измерение возраста в том виде, в каком мы обычно его понимаем. Это изменение получаемого нами света, растяжение, которое затем необходимо интерпретировать с помощью теории. Знакомая публике история о Вселенной, родившейся тринадцать целых семь десятых миллиарда лет назад в результате колоссального взрыва, — это уже перевод с более абстрактного технического языка на человеческий. И каждый перевод, каким бы полезным он ни был, оставляет после себя что-то. Тогда я запомнил этот факт. Позже он станет важным.
Примерно в тот же период я обнаружил статью Джорджа Эллиса, южноафриканского космолога, который вместе со Стивеном Хокингом стал соавтором одной из величайших работ по общей теории относительности. Статья называлась «Проблемы философии космологии». Я нашел ее в электронном архиве препринтов, одном из тех редких и достойных восхищения мест, где научные работы могут свободно читать все желающие, без необходимости получения разрешения от учреждения. Чтение этой статьи было похоже на нахождение карты, составленной человеком, который уже тщательно прошел по территории, в которую я только начинал входить. Эллис с большим спокойствием и точностью показал, что космология сталкивается с философскими трудностями, не имеющими аналогов ни в одной другой области науки. Уникальность Вселенной, невозможность контролируемого эксперимента и жесткие ограничения наблюдения в совокупности делают космологию областью необычайной смелости и необычайной уязвимости. Десятилетия спустя мы с ним обменялись письмами по поводу модели, представленной в этой книге. Он назвал ее интересным предложением. Сейчас ему восемьдесят шесть лет.
На кубинской конференции я также встретил Алексея Старобинского, российского физика, чья работа 1980 года помогла положить начало теории космической инфляции. Он был тихим, точным в своих высказываниях и обладал той редкой формой авторитета, которая не нуждается в демонстрации. Он умер в 2023 году. Один за другим уходят из жизни поколения, создавшие современную космологию. Это поколение создало структуру удивительной мощи и элегантности. Задача, оставшаяся перед теми, кто придет после, состоит не только в том, чтобы восхищаться ею, но и в том, чтобы задаться вопросом, можно ли сделать ее проще, яснее и более верной тому, что действительно подтверждают имеющиеся данные .
Моя работа основана на теории систем, изучении того, как сложные системы существуют, организуются, адаптируются и иногда терпят неудачу. В течение многих лет я разрабатывал модели устойчивости, и главный вывод этой работы заключается в том, что самые глубокие ограничения выживания не зависят от материала, из которого состоит система. Одни и те же общие структурные законы повторяются снова и снова . Их можно увидеть в звёздах, в мозгах, в обществах, в институтах. Это не означает, что звёзды и правительства — это одно и то же. Это означает, что проблема продолжения существования в условиях ограничений имеет общую форму везде, где она возникает. Система должна сохранять себя, изменяясь. Она должна поглощать возмущения, не теряя своей идентичности. Она должна поддерживать порядок, не становясь жёсткой. Она должна адаптироваться, не распадаясь. Это не локальные случайности. Это общие условия устойчивости. Чтобы должным образом это показать, нельзя оставаться в рамках одной дисциплины. Человек, изучающий только одну область, может обнаружить ограничения, которые действуют там, но не может легко показать, что та же закономерность действует в других местах. Широта сравнения — это не отступление от строгости. Она необходима для самого утверждаемого положения.
Вселенная — это просто самая большая система из всех. Поэтому, с моей точки зрения, никогда не было разумно рассматривать её вне рамок подобных исследований. Космология, при всей её математической сложности и наблюдательной изобретательности, всегда имела слишком большое значение, чтобы оставаться исключительно в рамках одного профессионального круга. Вопрос о том, что такое Вселенная, как она возникла и что она содержит, — это не просто технический вопрос. Это один из старейших и наиболее важных вопросов, которые задавали себе люди. Джордано Бруно был сожжён заживо за свои космологические взгляды. Галилео провёл последние годы под домашним арестом за то, что настаивал на движении Земли. Космология сформировала религию, политику, философию и здравый смысл. Она потрясла королевства и церкви. Она изменила представление человечества о самом себе. Вопрос такой силы нельзя ответственно передавать только специалистам, так же как правосудие нельзя полностью оставить юристам, а смысл жизни — исключительно биологам.
Стандартная модель современной космологии, обычно называемая Lambda-CDM, несомненно, достигла многого. Примерно четверть века она систематизировала эту область исследований. Она предоставляет основу, которая соответствует космическому микроволновому фону, крупномасштабному расположению галактик и наблюдаемому ускорению космического расширения. Она дала исследователям общий язык, набор общих предположений и способ связать множество различных наблюдений в рамках одной картины. Это немалое достижение. Но с точки зрения системного мышления, этот успех был достигнут ценой очень высокой концептуальной цены. Модель требует от нас поверить, что около 95% Вселенной состоит из объектов, которые не были непосредственно обнаружены. С одной стороны — темная материя, предполагаемый вид материи, которая не светится, не поглощает свет, не рассеивает свет и, по-видимому, взаимодействует с обычной материей только посредством гравитации. С другой стороны — темная энергия, еще более загадочный компонент, который, как говорят, заполняет все пространство и приводит к ускорению расширения Вселенной.
На протяжении десятилетий тысячи физиков искали частицы темной материи. Они проводили поиски в подземных детекторах, защищенных от обычного излучения, в ускорителях частиц и в приборах, установленных над атмосферой. Эти усилия были серьезными, тщательными и технически блестящими. И все же они не дали никаких окончательных результатов. Эксперименты чрезвычайной чувствительности, среди которых XENON1T, LUX-ZEPLIN и PandaX , не принесли ожидаемого результата. Каждый новый нулевой результат сужает пространство, в котором могла бы скрываться гипотетическая частица, загоняя эту идею в более отдаленные, более деликатные и в некоторых случаях более искусственные области. Во многих других областях исследований повторная неудача в обнаружении центральной предполагаемой сущности заставила бы людей задуматься, не нуждается ли сама лежащая в основе идея в пересмотре. В космологии тенденция часто была иной. Отсутствие обнаружения рассматривается как техническое препятствие, как будто теория верна , а приборы просто недостаточно усовершенствованы. Такое отношение иногда может быть оправдано. Но само по себе это не является научным ответом. Это ставка на будущее спасение.
Та же закономерность проявляется, но по-другому, в случае с темной энергией. Здесь загадка еще более странная, потому что речь идет не о частице, скрывающейся от обнаружения , а о свойстве, приписываемом самому пустому пространству. Пространство в этой картине — это не просто сцена, на которой появляются материя и излучение. Оно стало активным компонентом с неким отталкивающим эффектом, действующим повсюду и с поразительной плавностью. Если это звучит абстрактно, то потому, что так оно и есть. В повседневной жизни нет очевидного примера того, как пустота ведет себя подобным образом. Концепция возникает потому, что определенные наблюдения, особенно взрывающихся далеких звезд и крупномасштабных космических структур, лучше вписываются в контекст, если к ним добавить этот термин. В результате получается модель, обладающая широким охватом, но также и большой зависимостью от невидимых компонентов. Начинаешь задаваться вопросом, раскрывает ли теория скрытые детали природы или компенсирует более глубокое недопонимание в устройстве помещения.
Этот вопрос лежит в основе данной книги. Это не жалоба на науку, а требование к более совершенной науке. Существует разница между уважением к достижениям той или иной области и отказом от суждений перед её предположениями. Достижения современной космологии реальны. Её измерения часто поразительно точны. Её инструменты — одни из величайших творений коллективного человеческого разума. Но величие той или иной области не может защитить её от концептуального дрейфа. На самом деле, чем успешнее становится та или иная концепция, тем легче людям перестать замечать скрытые издержки её сохранения.
Каждая крупная теория приобретает привычки. Она учится различать нормальные вопросы и сложные. Она вырабатывает профессиональный стиль, чувство того, какие загадки увлекательны, а какие вызывают смущение. Со временем аномалии перестают рассматриваться как сигналы о необходимости пересмотра основ. Они становятся задачами, требующими управления. Параметры корректируются. Вводятся новые термины . Исправления накладываются одно на другое. Какое-то время это может быть вполне разумно. Наука часто развивается именно таким образом. Но наступает момент, когда «заплатки» над структурой начинают говорить о другом. Они начинают указывать не на здоровое усовершенствование теории, а на её растущую зависимость от ненаблюдаемых подтверждений.
Системный теоретик замечает это, потому что системы, находящиеся под нагрузкой, часто ведут себя аналогичным образом. Учреждение, которое больше не понимает источник собственной нестабильности, может отреагировать, добавив больше правил. Машина, которая начинает давать сбои, может быть окружена компенсирующими устройствами, которые создают видимость её работоспособности, маскируя при этом более глубокую неисправность. Человек, потерявший нить простой истины, может защитить эту потерю, разрастаясь сетью объяснений. Сложность не всегда является признаком ошибки. Но излишняя сложность часто является признаком неразрешенного противоречия.
Рассматриваемая здесь возможность заключается в том, что современная космология, возможно, достигла такой точки. Вопрос не в том, достаточно ли умны её сторонники. Они, безусловно, достаточно умны. И вопрос не в том, может ли существующая модель соответствовать большому объёму данных. Она, безусловно, может. Вопрос в том, не была ли эта подгонка достигнута за слишком высокую цену, и возможно ли более простое и последовательное представление, если отступить назад и задать более фундаментальный вопрос: какой должна быть система Вселенной, чтобы она вообще могла существовать?
Это не тот тип вопросов, которые обычно ставят космология в центр своей деятельности. Она, что вполне понятно, предпочитает спрашивать, как меняется расширение Вселенной с течением времени, как материя сгущается в галактики, как свет переносит следы условий, существовавших в прошлом, и как ранние процессы могли сформировать более позднюю структуру. Это правильные вопросы. Но за ними скрывается более общий вопрос. Если Вселенная рассматривается не просто как совокупность объектов, а как система, то какие ограничения неизбежно определяют ее дальнейшее существование? Каких форм нестабильности она должна избегать? Какие балансы она должна поддерживать? Какие виды описания естественны для такой системы, а какие являются артефактами выбранного нами способа ее моделирования?
Эти вопросы отводят от привычки добавлять невидимые элементы всякий раз, когда уравнение сопротивляется завершению, и возвращают нас к самой архитектуре устойчивости. Они задают вопрос, не являются ли некоторые из трудностей, с которыми сейчас сталкиваются темная материя и темная энергия, признаками того, что мы неправильно описали крупномасштабную динамику целого. Это серьезное утверждение, и его необходимо тщательно проработать. Его нельзя разрешить риторикой. Его нельзя разрешить негодованием по поводу существующей модели, каким бы оправданным оно ни казалось. Его необходимо разрешить, если вообще возможно, показав, что другая модель может объяснить по меньшей мере столько же, предполагая при этом меньше.
Эта книга написана именно в таком духе. Это не заявление о лёгком триумфе над областью, созданной одними из лучших умов прошлого века. Это терпеливая попытка вновь открыть вопросы, которые слишком часто считались закрытыми. Она исходит из уважения, но не из почтения . Уважение воздаёт должное труду, интеллекту и искренности тех, кто создал существующую модель. Почитание потребовало бы, чтобы их выводы оставались неизменными просто потому, кто они были. Наука не может позволить себе почтение. Если бы могла, мы бы до сих пор были в эпициклах, застрявших в трудах Птолемея.
Стоит помнить, как часто люди принимали успешное описание за окончательное. Модель может хорошо предсказывать, но при этом вводить в заблуждение относительно того, что существует на самом деле. Когда-то люди объясняли небеса с помощью вложенных сфер, затем с помощью эпициклов, а затем с помощью абсолютного пространства и времени. Каждая из этих моделей имела моменты необычайной полезности. Каждая также содержала предположения, от которых последующим поколениям пришлось отказаться. В том, чтобы сказать это о настоящем, нет ничего оскорбительного. Это обычная история знаний. Оскорблением было бы представить, что наше время каким-то образом избежало этой истории.
Приведенные ниже аргументы исходят из простого подозрения: что Вселенная, требующая девяносто пяти процентов невидимого содержимого, может говорить нам не о том, что природа чрезмерно загадочна, а о том, что наше понимание проблемы стало слишком узким. Это подозрение может оказаться неверным. Но оно, по крайней мере, заслуживает изучения. Когда теория так сильно зависит от сущностей, которые избегают прямого контакта, осторожность перестает быть скептицизмом в обычном смысле слова и становится интеллектуальной гигиеной.
Разговор, начавшийся за ужином в Гарварде, касался не только темной материи . Речь шла об уверенности. О том, с какой странной легкостью высококвалифицированные умы привыкают к объяснительным догмам, если эти догмы включены в общепринятые уравнения. Речь шла о разнице между наблюдением и интерпретацией, между измеренным сигналом и построенной вокруг него историей. И прежде всего, речь шла о том, достаточно ли скромно космология, столкнувшись с самым масштабным объектом исследования, который только можно себе представить, в отношении того, что она действительно может знать .
Этот вопрос остается. Эта книга существует, потому что он остается.

Но что, если причина, по которой частица не была найдена, заключается не в том, что поиск не удался, а в том, что такой частицы вообще не существует?
Основной тезис этой книги прост по структуре, хотя его последствия весьма значительны. Он исходит из четырех фактов, которые не вызывают споров в физике. Это не спекулятивные утверждения. Это не догадки, ожидающие подтверждения в будущем. Они относятся к общепринятой основе, на которой уже зиждется современная физика.
Первый факт заключается в том, что квантовый вакуум обладает энергией. Пустое пространство на самом деле не пустое. Это не идеальная пустота, не пустая сцена, в которой ничего не происходит. Даже там, где нет звёзд, пыли, атомов и видимого излучения, вакуум всё равно обладает физическими свойствами. Он активен на глубоком уровне. Это не просто философский способ выражения. Это подтверждается измерениями. Один из примеров — эффект Казимира, когда две проводящие пластины, расположенные очень близко друг к другу, испытывают измеримую силу. Другой пример — лэмбовский сдвиг, когда энергетические уровни водорода расщепляются таким образом, что проявляется влияние активности вакуума. Ещё один пример — скорость термоядерных реакций, которую невозможно понять без учёта обмена виртуальными частицами. Это не мечты теоретиков. Это наблюдения. Вакуум обладает энергией, потому что природа ведёт себя так, как будто он обладает энергией, и природа была проверена.
Второй факт заключается в том, что энергия и масса эквивалентны. Это один из самых известных результатов в физике, но его часто повторяют настолько небрежно, что его смысл теряет свою силу. Утверждение о эквивалентности энергии массе означает утверждение, что масса — это не какая-то отдельная магическая субстанция. Масса — это одна из форм, в которой проявляется энергия. Если что-то обладает энергией, то при правильном описании оно также обладает эквивалентным количеством массы. Это не поэтическая аналогия. Это один из глубочайших уроков теории относительности. Таким образом, если вакуум обладает энергией, то вакуум также обладает эквивалентной массой. Этот вывод не требует изобретения. Он непосредственно следует из общепринятых законов физики.
Третий факт заключается в том, что масса порождает гравитацию. Точнее, в общей теории относительности гравитация порождается тем, что физики называют энергией-импульсом, которая включает в себя не только массу в обычном смысле, но и энергию в более широком смысле. Гравитация не спрашивает, является ли энергия модной, видимой или легко представляемой. Она реагирует на энергию везде, где она присутствует. Нет никакого специального положения, гласящего, что энергия учитывается в звездах, но не в пустом пространстве, или в планетах, но не в вакууме. Если энергия присутствует, то в принципе она вносит вклад в гравитацию. Вакуум не получает частного исключения.
Четвертый факт заключается в том, что энергия вакуума зависит от формы и расположения пространства, в котором она существует. Это не декоративная деталь. Это существенно. Эффект Казимира демонстрирует это напрямую. Измените расстояние между пластинами, и энергия вакуума изменится. Энергия не является чем-то абсолютным и неизменным. Она зависит от геометрии, от границ , от физического расположения. В более общем смысле, состояние вакуума зависит от фона, в котором он определяется. Эта идея лежит в основе и излучения Хокинга. Вблизи черной дыры геометрия пространства-времени меняет то, чем является вакуум и как он себя ведет. Таким образом, вакуум — это не пассивная пустота. Он реагирует на обстоятельства. Он меняется в зависимости от ситуации.
Эти четыре факта, рассматриваемые по отдельности, хорошо известны. Дискуссия начинается, когда их рассматривают вместе и терпеливо доводят до логического завершения. Если вакуум обладает энергией, а энергия эквивалентна массе, а масса вносит вклад в гравитацию, и энергия вакуума зависит от геометрии, то становится разумным задаться вопросом, не является ли недостающая масса в галактиках вовсе не недостающей. Возможно, это сам гравитирующий вакуум. Не какая-то неоткрытая частица, невидимо дрейфующая сквозь гало вокруг галактик. Не новая сила, добавленная для спасения теории. Не переписывание теории гравитации с нуля. Возможно, это квантовая структура пустого пространства, реагирующая на материю внутри него и, посредством этой реакции, создающая дополнительную гравитацию.
Таково предложение. Оно одновременно скромное и радикальное. Скромное, потому что не требует новых компонентов. Оно не предполагает создания скрытого зоопарка частиц. Оно не требует от природы изобретения нового взаимодействия только для защиты наших нынешних космологических привычек. Оно не требует ящика, полного регулируемых чисел, которые можно подгонять до тех пор, пока теория не будет соответствовать данным. Вместо этого оно работает с тем, что уже известно физике: квантовый вакуум, связь между энергией и массой, тот факт, что масса и энергия гравитируют, и доказанная зависимость поведения вакуума от геометрии. Радикальное, потому что, если оно верно, оно меняет наше представление о так называемом темном секторе. То, что считалось великой загадкой, связанной с неизвестными веществами, может быть, по крайней мере в значительной степени, неправильным пониманием физической роли пустого пространства.
Стоит остановиться здесь и обратить внимание на то, чего эта точка зрения не требует. Она не требует новой частицы, которую никто не видел. Она не требует новой силы, которую никто не измерял. Она не требует набора свободных параметров, которые можно корректировать вручную всякий раз, когда подгонка становится неудобной. Она требует лишь более внимательного прочтения устоявшейся физики. Ингредиенты уже есть. Предложение состоит в том, что они расположены неправильно.
В основе этой перестройки лежит один концептуальный момент огромной важности. В 1967 году Яков Зельдович установил мощное и влиятельное отождествление между энергией квантового вакуума и космологической постоянной. Привлекательность этого шага была легко понятна. Обе величины имеют одинаковую математическую форму в уравнениях. Они выглядят одинаково на формальном языке теории. Отсюда стало естественным рассматривать их как одно и то же. Но сходство в математике — это не то же самое, что тождественность в физике. Две вещи могут иметь одинаковую формальную форму и при этом не являться одной и той же физической сущностью. Тень и объект могут иметь одинаковые очертания, но не иметь общей субстанции. Карта может сохранять структуру города, не становясь при этом самим городом.
Это различие имеет значение, потому что отождествление энергии вакуума с космологической постоянной напрямую привело к одной из самых глубоких проблем современной физики: проблеме космологической постоянной. Когда физики оценивают энергию вакуума, используя квантовую теорию поля, и сравнивают эту оценку со значением, полученным на основе космологических наблюдений, расхождение оказывается огромным. Это не тот вид расхождения, который можно вежливо уместить в пределах погрешности измерений. Это настолько огромное расхождение, что его часто описывают как самую большую проблему согласования во всей физике, составляющую примерно сто двадцать порядков величины. Эта цифра настолько велика, что разум почти отказывается её воспринимать. Это не похоже на небольшую ошибку в прогнозе погоды. Это похоже на предсказание размера дома и получение чего-то большего, чем видимая Вселенная.
Когда теория приводит к такому масштабному несоответствию, возможны два варианта реакции. Первый — продолжать дорабатывать теорию, надеясь, что когда-нибудь какой-нибудь более глубокий механизм объяснит, почему числа почти полностью взаимно компенсируются. Второй — задаться вопросом, не была ли изначально допущена ошибка в идентификации. Эта книга следует второму пути. Она задается вопросом, была ли идентификация Зельдовича, какой бы элегантной она ни была, предположением, а не необходимостью. И если это было предположение, то, возможно, построенный на ней путь ведет в неверном направлении.
Здесь рассказывается о том, как этот вопрос развивался с течением времени. Он не возник сразу в готовом виде. Он разворачивался поэтапно, и порядок изложения в этой книге соответствует этому порядку. Структура отражает монографию, на которой она основана: последовательность статей, каждая из которых продвигается лишь на один шаг дальше предыдущей, каждая написана в ответ на проблему, выявленную на предыдущем этапе, и каждая сформирована возражениями, которые необходимо было серьезно отнестись, прежде чем можно было доверять какому-либо дальнейшему прогрессу. Это важно, потому что грандиозные теории часто терпят неудачу из-за слишком больших скачков. Они требуют от читателя пересечь каньон одним прыжком. Здесь используется другой метод. Ни один отдельный шаг не является большим. Каждый шаг достаточно мал, чтобы его можно было изучить. За каждым шагом можно проследить. Общее пройденное расстояние может быть значительным, но само движение постепенное и очевидное.
Вот почему читатель, начавший с самого начала и читавший по порядку, не должен чувствовать себя обязанным совершать акты веры. Цель не в том, чтобы ошеломить амбициями. Цель в том, чтобы сделать каждую часть прозрачной. Если окончательный вывод кажется смелым, то только потому, что множество маленьких шагов, каждый из которых сам по себе разумен, могут привести человека дальше, чем ожидалось. Человек, идущий размеренно, может в конце концов обнаружить, что ландшафт полностью изменился, хотя ни один отдельный шаг не казался драматичным. Такова структура этого рассуждения. Оно не усложняет вселенную. Оно устраняет сложности, которые, возможно, никогда и не были нужны.
Эта книга написана для всех, кто когда-либо смотрел на ночное небо и задавался вопросом, из чего оно состоит. Она предназначена не только для профессиональных физиков. Для понимания ход мыслей не требуется специальной подготовки в области высшей математики. На этих страницах нет уравнений. Это не потому, что техническая работа не существует. Она существует. Она полностью существует в других источниках. Но уравнения — не единственный способ ясно мыслить. Очень часто они даже не лучший способ познакомить с трудной идеей человека, впервые с ней столкнувшегося . Слова могут делать то, что математика не всегда может. Они могут оставаться близкими к обычной интуиции. Они могут связывать странное с знакомым. Они могут переносить слушателя от одного образа к другому, пока невидимое не начнет казаться постижимым.
Поэтому идеи в этой книге объясняются с помощью обычных картинок и сравнений. Швейцарский сыр, сметана, намазанная на резиновый лист, шприц, вдавленный в резиновый блок, пена на пиве: это не украшения. Это способы дать разуму что-то, за что можно зацепиться. Вселенная огромна, но понимание часто начинается с простого и близкого. В этом нет ничего постыдного. Сама природа не обязана казаться торжественной. Она не располагает свои истины в соответствии с нашим предпочтением достоинства. Иногда лучший путь к глубокой идее лежит через обычный предмет на кухонном столе.
Полное техническое обоснование, включая формальные выводы, моделирование, разделы рецензирования и вычислительный код, представлено в сопутствующей монографии Кригера «Космология без темного сектора: локальная гравитация квантового вакуума (;LGQV)» , опубликованной в 2026 году. Эта работа представляет собой формальное доказательство во всей его полноте. Эта книга — нечто иное. Это история о том, как появилось доказательство, почему возникли вопросы, на какие возражения пришлось ответить и как постепенно формировалась цепочка рассуждений. Монография — это строительные леса из стали и камня. Эта книга — это прогулка по зданию, пока оно еще только становится видимым.
Поскольку эта история точно отражает процесс разработки работы, она включает в себя реальную переписку с некоторыми из самых выдающихся физиков нашего времени. Когда здесь описывается, что какой-либо профессор высказал конкретное возражение, это не выдуманный драматический приём, призванный оживить абстрактный аргумент. Это действительно произошло. Имена реальны. Возражения реальны. Ответы тоже реальны, или, по крайней мере, они представлены настолько честно и тщательно, насколько я могу это сделать. Это важно, потому что наука — это не проповедь, произнесённая свыше. Это не совершенный голос, спускающийся с горы. Это долгий разговор, часто нерешительный, иногда острый, охватывающий страны, поколения и учреждения. Он развивается через вызов, ответ, исправление, настойчивость, недопонимание и иногда внезапные прояснения. Сохранить этот разговор — значит сохранить реальную структуру мысли.
Это также означает сохранение неопределенности там, где ей и место. Научные работы часто представляются публике только после того, как с них сглаживаются шероховатости. Остается лишь чистое, отполированное и вводящее в заблуждение. Создается впечатление, что открытие — это прямой путь, пройденный людьми, которые с самого начала знали, куда идут. Истина менее упорядочена. Большинство настоящих открытий начинается с путаницы. Что-то не сходится. Фраза, которая когда-то звучала достаточно убедительно, начинает звучать пусто. Количество , которое должно было исчезнуть, упорно остается. Различие, которое игнорировалось, начинает требовать внимания. Затем следует период, который может длиться годами, даже десятилетиями, в течение которого решения еще нет, а есть лишь все более острое ощущение того, что принятая картина каким-то образом неполна.
Этот период имеет значение. Это не затишье между старой и новой теорией. Это время, когда разум познает то, что старая теория не могла сказать. Это время, когда правильный вопрос постепенно отделяется от тысячи неправильных. Эта книга сохраняет верность этому процессу. Она не утверждает, что путь был гладким. Она показывает, как аргумент формируется сам собой через сопротивление.
В заключение, прежде чем путешествие начнется всерьез, необходимо добавить еще одну мысль. Вселенная может быть проще, чем мы позволяли себе думать. Эта возможность может показаться наивной в эпоху, привыкшую к технической сложности . Однако простота не является детской, если она заслужена. Простое объяснение, которое объясняет больше с помощью меньшего, не является грубым. Часто это признак того, что наконец-то найден правильный уровень для анализа. Глубочайшие истины в науке часто оказывались простыми лишь после того, как поколения путаницы затрудняли их обнаружение.
Здесь рассматривается возможность того, что нечто подобное может снова оказаться правдой. Возможно, Вселенной не требуется невидимый зверинец, чтобы держаться вместе. Возможно, ей не нужно заселять почти всю реальность субстанциями, которые отказываются от любого прямого контакта. Вместо этого она может говорить нам о том, что пустое пространство никогда не было пустым в том тонком и пассивном смысле, который мы себе представляли, и что, как только его роль будет должным образом понята, многое из того, что сейчас кажется загадочным, станет понятным.
Если эта мысль хотя бы отчасти разделяет то изумление, которое она вызвала у меня, то эти страницы будут успешными. Я до сих пор помню, как стоял в своем кабинете в Онтарио, спустя двадцать лет после того ужина в Кембридже, и рассматривал вывод, который не вводил никаких свободных параметров , но при этом отставал от наблюдаемых значений всего в два раза. Чувство было не триумфом. Скорее, это было недоверие, за которым последовало молчание. Ибо когда сложная проблема начинает уступать, ум не всегда прыгает. Иногда он просто замирает. Что-то, что долгое время казалось загроможденным, наконец, начинает проясняться. И в этом прояснении проглядывает возможность того, что Вселенная, при всех своих размерах и странностях, может быть более постижимой, чем мы смели надеяться.





ГЛАВА ПЕРВАЯ: ПЯТЬ ВОПРОСОВ, КОТОРЫЕ НИКТО НЕ ЗАДАВАЛ.
Каждое великое изменение в науке начинается с вопроса, который, будучи произнесённым вслух, кажется, что его следовало задать гораздо раньше. Обычно в своей первоначальной форме это несложный вопрос. Трудности возникают позже, когда пытаешься честно на него ответить. Первый вопрос часто кажется почти детским в своей простоте. Почему яблоко падает, а не поднимается? Почему стрелка компаса останавливается на севере? Почему свет искривляется, проходя рядом с Солнцем? Как только эти вопросы были заданы правильно, целые области науки изменились. Однако до этого момента вопросы оставались на виду годами, иногда столетиями, в то время как люди повторяли общепринятые ответы и забывали их проверять. Странно было не то, что ответы было трудно найти. Странно было то, что вопросам позволили исчезнуть.
Эта книга начинается с пяти подобных вопросов. Они касаются трех тем, которые доминировали в космологии на протяжении большей части последних ста лет: энергия пустого пространства, расширение Вселенной и невидимая масса, предположительно присутствующая внутри галактик. Вокруг этих трех тем современная космология построила свои стандартные объяснения. Недостающая масса приписывается темной материи. Ускоряющееся расширение приписывается темной энергии. Связь между ними часто связывается с космологической постоянной. Эти идеи настолько глубоко вплетены в язык этой области, что подвергать их сомнению может восприниматься не столько как рассуждение, сколько как нарушение этикета. Однако вопросы, задаваемые здесь, не начинаются с прямой критики этих идей. Они начинаются на более низком уровне. Они спрашивают, была ли когда-либо заложена основа под ними так тщательно, как сейчас предполагают люди.
Лучше всего начать с того, что не вызывает споров.
Вакуум обладает энергией. Это не вымышленное расширение теории и не поэтическое утверждение о скрытой жизни в пустом пространстве. Это физический факт, подтвержденный несколькими независимыми доказательствами. Первое и самое известное — эффект Казимира. Две металлические пластины помещены очень близко друг к другу в вакууме. Можно было бы ожидать, что в вакууме ничего не должно происходить, поскольку там, предположительно, нет ничего, что могло бы действовать. Тем не менее, пластины испытывают измеримую силу, толкающую их друг к другу. Классическая физика это не объясняет. Эффект возникает потому, что квантовая активность, допустимая между пластинами, более ограничена, чем активность вне их. Разница порождает разницу в энергии, а эта разница порождает силу. Результат измерялся снова и снова с возрастающей точностью.
Второе доказательство — лэмбовский сдвиг. В водороде электрон находится не совсем в том энергетическом положении, которое предсказывала более простая, старая теория. Существует крошечное расщепление энергетических уровней. Хотя оно и крошечное, оно реально и поддается измерению. Принятое объяснение заключается в том, что электрон не одинок в мертвой пустоте. Он взаимодействует с беспокойным квантовым вакуумом вокруг себя. Пустое пространство влияет на атом.
Третья линия связана со скоростью термоядерного синтеза, включая синтез, питающий Солнце. Точное поведение этих процессов невозможно сопоставить с наблюдениями без учета процессов в вакууме , включая обмен виртуальными частицами. Еще раз подчеркнем, что вакуум — это не бесполезная пустота . Он влияет на измеримые физические результаты.
Это не предположения, ожидающие проверки в будущем. Это уже сделанные наблюдения. Вакуум обладает энергией, потому что физические системы ведут себя таким образом, что эта энергия проявляется. Лаборатории это показывают. Атомы это показывают. Солнце это показывает. Пустое пространство не является пустым в обычном смысле слова.
Теперь рассмотрим второй факт, настолько известный, что его часто произносят, не до конца понимая. Энергия эквивалентна массе. Эта идея стала почти слишком известной. Фраза повторяется до тех пор, пока не превращается в лозунг. Но её смысл глубок. Масса — это не какой-то совершенно отдельный компонент от энергии. Масса — это один из способов проявления энергии. Если что-то обладает энергией, то оно также обладает эквивалентной массой. Это не метафора, не поверхностное сравнение, не драматичный способ выражения. Это один из устоявшихся уроков теории относительности. Следовательно, если вакуум обладает энергией, то вакуум также обладает эквивалентной массой. Какой бы малой или труднопредставимой ни была эта масса, сам принцип очевиден.
Третий факт следует столь же естественно. Масса обладает гравитацией. В общей теории относительности гравитация создается не только привычной материей , такой как камни, планеты или звезды. Гравитация зависит от всего объема энергии и импульса. Физики обобщают это с помощью так называемого тензора энергии-импульса, но основную идею можно сформулировать просто: все, что переносит энергию, вносит вклад в гравитацию. Уравнения общей теории относительности не содержат частного исключения для вакуума. Они не говорят, что энергия в материи учитывается, но энергию в пустом пространстве можно вежливо игнорировать. Если энергия присутствует, то она входит в гравитационную картину.
Соединив эти три первых пункта, трудно избежать следующей схемы. Вакуум обладает энергией. Энергия имеет эквивалентную массу. Масса вносит вклад в гравитацию. Цепочка проста. Следовательно, вакуум должен обладать гравитацией.
Есть и четвёртый факт, который делает вопрос ещё более острым. Энергия вакуума зависит от формы и физического устройства пространства, в котором она находится. Эффект Казимира уже наглядно это демонстрирует. Измените расстояние между пластинами, и энергия вакуума между ними изменится. Это означает, что энергия вакуума — это не единая фиксированная величина, не зависящая от всех обстоятельств. Она зависит от условий. В более общем смысле, квантовая теория поля в искривлённом пространстве-времени говорит нам, что состояние вакуума зависит от геометрии окружающей среды. Пустое пространство вблизи одного типа среды физически не идентично пустому пространству вблизи другого. Это не малоизвестный факт в теоретической физике. Это часть основы излучения Хокинга. Вблизи горизонта чёрной дыры структура пространства-времени изменяет то, что представляет собой вакуум и как он себя ведёт. Вакуум реагирует, а не инертен.
Итак, теперь у нас есть четыре факта. Ни один из них не является экзотическим. Ни один из них не отрицается общепринятой физикой. Ни один не основан на непроверенной фантазии. И все же, как только мы сопоставляем их, почти само собой возникает вопрос.
Если вакуум обладает энергией, если эта энергия имеет эквивалентную массу, если эта масса вносит вклад в гравитацию, и если энергия вакуума зависит от локальной геометрии, то где проявляется гравитация вакуума?
Это первый из пяти ключевых вопросов этой книги, и поразительно, что он может звучать одновременно и очевидно, и странно. Мы смотрим на Вселенную и видим галактики, вращающиеся таким образом, что их масса кажется больше, чем мы можем наблюдать. Мы видим скопления галактик, удерживаемые вместе гравитацией, превышающей ту, которую может обеспечить видимая материя. Мы видим, как свет искривляется вокруг областей, масса которых, кажется, превышает то, что могут объяснить одни только звезды и газ. Стандартный ответ — темная материя, невидимое вещество, еще не обнаруженное напрямую. Но прежде чем обращаться к неизвестным частицам, почему бы не задаться вопросом, может ли часть того, что мы называем темной материей, уже существовать в другой форме? Почему это не может быть сам гравитирующий вакуум?
На первый взгляд, вопрос кажется слишком простым. Он напоминает вопрос, который мог бы задать сообразительный студент после лекции, и который, по мнению профессора, должен был бы вызвать улыбку и объяснить скрытую причину его несостоятельности. Именно такой реакции я и ожидал, когда начал внимательно изучать вопрос. Но вместо этого я обнаружил нечто более странное . На этот вопрос не столько ответили, сколько обошли стороной. Он был поглощен предположениями еще до того, как смог сформироваться в полной мере.
Чтобы понять, как это может происходить, нужно помнить, что физика — это не работа отстраненных умов, парящих вне истории. Это человеческое начинание, и, как и все подобные начинания, оно зависит от привычки к согласию. Как только сообщество высококвалифицированных людей выработает структуру, которая хорошо работает во многих случаях, эта структура станет линзой, через которую интерпретируются новые факты. Это не коррупция. Часто это единственный способ, позволяющий добиться прогресса. Без общих предположений работа никогда бы не накопилась. Но у каждой силы есть тень. Успешная структура учит людей, какие вопросы кажутся естественными, а какие — неудобными. Аномалия, скорее всего, будет воспринята, а не восхвалена. Вызов структуре, скорее всего, будет воспринят как помеха, а не как дар. В большинстве периодов нормальной науки это эффективно. Однако это также означает, что некоторые очень хорошие вопросы могут оставаться в спящем состоянии долгое время просто потому, что они звучат грубо, когда их произносят вслух.
История, лежащая в основе данного случая, весьма поучительна. В 1917 году Альберт Эйнштейн ввёл понятие космологической постоянной. Он добавил её к своим уравнениям гравитационного поля, поскольку хотел видеть статическую Вселенную, что было преобладающим представлением того времени. Этот термин функционировал как геометрическая характеристика самого пространства-времени. Он был постоянным, универсальным и не был связан ни с каким более поздним квантовым понятием вакуумных флуктуаций, поскольку квантовая теория поля в её зрелой форме ещё не существовала. В руках Эйнштейна космологическая постоянная стала частью геометрии.
Затем, пятьдесят лет спустя, в 1967 году, Яков Зельдович заметил нечто поразительно математическое. Математическая форма энергии-импульса квантового вакуума выглядела так же, как и форма космологической постоянной в уравнениях. Обе имели одинаковую тензорную форму. Исходя из этого сходства, он предложил отождествить их как одно и то же. Этот шаг был элегантным. Он объединил две идеи из разных областей физики под одним формальным выражением. Но элегантность — это не доказательство. Математическое сходство может быть наводящим на размышления, но не решающим. Две разные физические реальности могут отбрасывать одну и ту же формальную тень.
Это различие имеет решающее значение, потому что после принятия этой идентификации последовала катастрофа. Квантовая теория поля, используемая для оценки плотности энергии вакуума, дает огромное значение. Наблюдения, связанные с космологической постоянной, дают несравненно меньшее значение. Это несоответствие не просто разочаровывает. Оно абсурдно велико, часто описывается как примерно сто двадцать порядков величины. Числа такого размера быстро перестают что-либо значить для обычной интуиции, поэтому полезно перевести это на понятный язык. Речь идет не о небольшой или даже значительной ошибке. Это не похоже на неправильную оценку роста человека на несколько дюймов. Это скорее похоже на измерение длины комнаты и ошибку в измерении расстояния через бесчисленные видимые вселенные. Это ошибка такого рода, которая в любой обычной ситуации заставила бы немедленно пересмотреть первоначальное предположение.
Это приводит нас ко второму вопросу. Действительно ли космологическая постоянная и энергия вакуума — это одно и то же? Не в одном математическом аспекте они похожи, а в том, что они физически идентичны? Что заставляет нас приравнивать геометрический термин, введенный для описания пространства-времени, к квантовой величине, возникающей из поведения полей? Когда я искал убедительное объяснение, я обнаружил в основном традиции, подкрепленные математической аккуратностью. Этого может быть достаточно, чтобы обосновать предложение . Но этого недостаточно, чтобы сделать предложение неприкосновенным.
Как только этот второй вопрос решен, третий возникает естественным образом. Что именно мы получаем от современной картины темного сектора Вселенной и какой ценой? Современная космология обычно говорит нам, что большая часть Вселенной состоит из темной энергии и темной материи. Обычная материя, та, из которой состоят звезды, планеты, газ, пыль, люди и книги, считается лишь небольшой частью целого. Остальное приписывается невидимым и в значительной степени необнаружимым компонентам. Темная энергия связана с космологической постоянной, которая, в свою очередь, часто связана с энергией вакуума, что приводит к гигантскому несоответствию, описанному выше. Темная материя приписывается частице или классу частиц, которые ускользали от обнаружения на протяжении десятилетий благодаря все более совершенным поискам.
Эти поиски не были случайными. В них использовались подземные детекторы, экранированные огромными слоями породы, чтобы исключить обычные помехи. В них использовались самые сложные ускорители частиц. В них использовались космические приборы и оригинальные экспериментальные разработки на Земле. И снова и снова результат был один и тот же: ни одной подтвержденной частицы темной материи. С каждой неудачей область возможных вариантов существования такой частицы сужается и становится все более странной. Теория сохраняется, но ожидаемая сущность по-прежнему отсутствует.
Это не обвинение в адрес физиков, проводивших эту работу. Напротив, мастерство и серьезность этой работы не вызывают сомнений. Стандартная космологическая модель объяснила очень многое. Она впечатляет. Настоящий вопрос не в том, создали ли её гениальные люди. Да, создали. Вопрос в том, не слишком ли высока сейчас цена, которую приходится платить за эту концептуальную модель. Когда теория требует от нас поверить, что около 95% Вселенной состоит из компонентов, которые остаются необнаруженными или вызывают серьезные проблемы в своей интерпретации, вполне уместно задаться вопросом, заслуживают ли предположения, приведшие к этому результату, нового изучения. Во многих областях такая ситуация не рассматривалась бы как обычное дело. Это был бы сигнал к пересмотру основ.
Это приводит к четвёртому вопросу. Предположим, мы перестанем отождествлять энергию вакуума с космологической постоянной. Предположим, мы вернём их к тому, чтобы они стали двумя различными вещами, какими они были изначально до того, как позднее отождествление их объединило. Что из этого следует?
Первый результат – концептуальная ясность. Космологическая постоянная возвращается к тому, чем её ввёл Эйнштейн : постоянной геометрической характеристике пространства-времени, если её можно так назвать. Энергия вакуума, тем временем, становится тем, чем её уже показывают эксперименты: локальной физической реальностью, присутствующей везде, где есть квантовый вакуум, реагирующей на условия и подверженной гравитации, поскольку она является формой энергии. Как только эти две составляющие перестают быть вынужденными играть одну роль, огромное несоответствие между теоретическими оценками вакуума и наблюдаемыми значениями космологической постоянной перестаёт выглядеть как одно чудовищное противоречие. Ложное слияние, возможно, создавало ложный кризис.
Но более того, их разделение позволяет более свободно размышлять о том, где гравитация в вакууме может иметь значение, а где — нет. Именно здесь вступает в игру пятый вопрос, и именно он определяет все последующие рассуждения.
Рассмотрим галактику. Галактика не просто раскрывается, как крупномасштабная Вселенная в целом . Это гравитационно связанная система. Её звёзды остаются вместе. Её внутреннее пространство не участвует в космическом расширении так, как это делают обширные пустые области. Между её звёздами существуют огромные пространства, и это пространство заполнено квантовым вакуумом. Если вакуум несёт энергию, если эта энергия гравитирует и если его состояние зависит от локальной геометрии, то вакуум внутри галактики — это не тривиальная деталь. Он вносит вклад в общую гравитационную среду. Звезда, движущаяся по орбите, реагирует на массу, заключенную на её пути. Она не задаётся вопросом, какая часть принадлежит светящейся материи, а какая — чему-то другому. Гравитация не навешивает ярлыки.
Теперь рассмотрим, для сравнения, космическую пустоту: одну из огромных областей с низкой плотностью между нитевидными структурами Вселенной. В пустоте нет сильной локальной концентрации, вокруг которой собиралась бы материя. Вакуум там может быть сравнительно однородным. Крупномасштабное расширение Вселенной растягивает такие области. В таких условиях любая локальная самогравитирующая роль вакуума может быть эффективно компенсирована или ослаблена космологической обстановкой. Проще говоря, вакуум может иметь разное значение в связанной структуре и в расширяющейся пустоте.
Это ключевая возможность. Что если гравитация вакуума значительна внутри галактик, где материя организована в связанную систему, но эффективно компенсируется в пустотах, где вакуум остается более однородным и ни один локальный центр не объединяет свои эффекты в сильное дополнительное притяжение? Если бы это было правдой, то гравитирующий вакуум в качественном отношении демонстрировал бы те самые особенности, которые сейчас приписывают темной материи.
Оно было бы невидимым, потому что вакуум не светится. Оно бы притягивалось, потому что энергия вносит вклад в гравитацию. Оно не взаимодействовало бы со светом так, как обычная материя. Оно не сталкивалось бы в обычном смысле, потому что поля накладываются друг на друга, а не сталкиваются, как бильярдные шары. Оно заполняло бы пространство, потому что вакуум присутствует повсюду. И оно было бы холодным, в том смысле, что находилось бы в основном состоянии, а не представляло бы собой горячую светящуюся жидкость.
Это не просто смутные сходства. Это прямое совпадение характеристик. Ожидается, что недостающая масса в галактиках будет невидимой, гравитирующей, не состоящей из обычной светоизлучающей материи, не сталкивающейся, как газ, распределенной в пространстве и стабильной. Квантовый вакуум, как уже известно из общепринятой физики, обладает именно этими общими свойствами. Разница заключается в том, что один из этих кандидатов является гипотетическим, а другой — экспериментально подтвержденным.
Этот момент заслуживает того, чтобы быть изложен максимально просто. Тёмная материя, как её обычно описывают, никогда не была обнаружена напрямую. Квантовый вакуум был обнаружен. Тёмная материя предполагается, поскольку гравитация, по-видимому, требует больше энергии, чем может обеспечить видимая материя. Уже известно, что вакуум обладает энергией, а энергия, как известно, обладает гравитацией. Говорят, что тёмная материя тёмная, не подвержена столкновениям, рассеяна в пространстве и фактически холодна. Вакуум обладает теми же общими свойствами. Само по себе это не доказывает, что вакуум является недостающей массой. Совпадение качеств ещё не является доказательством. Но это и не тривиальное совпадение. Когда каждая важная качественная характеристика таинственной вещи совпадает с чем-то уже известным, это совпадение является знаком того, что следует присмотреться внимательнее, а не отворачиваться.
Именно здесь начинается работа, представленная в первой статье монографии. Она не начинается с объявления о завершении модели. Она не начинается с триумфального заявления о решении проблемы. Это был бы неудачный метод. Она начинается с вопросов и указывает, куда эти вопросы ведут, когда не удаётся слишком быстро их подавить. Первая задача — не объявлять о победе. Задача — задаться вопросом, следовало ли вообще придавать тому статусу, которым сейчас пользуется предположение, формировавшее мышление на протяжении десятилетий .
Остальная часть книги тщательно следует этому пути. Каждый шаг вытекает из предыдущего . Цель состоит не в том, чтобы ослепить смелостью, а в том, чтобы прояснить ситуацию терпением. Ибо в науке, как и в обычной жизни, часто теряешься не потому, что реальность слишком сложна, а потому, что принимаешь ненужное усложнение и забываешь задать простой вопрос, который бы его выявил.

ГЛАВА ВТОРАЯ: РАЗВОД
В 1967 году Яков Зельдович объединил две вещи, которые не нуждались в объединении. Он заявил, что космологическая постоянная и энергия квантового вакуума — это одно и то же физическое явление. Это был изящный и привлекательный ход. На бумаге сочетание выглядело элегантным. Геометрия и квантовая физика словно пожали друг другу руки. Решение было встречено с одобрением, поскольку, казалось, упростило картину. Две идеи, пришедшие из разных областей физики, стали рассматриваться как одна. С этого момента современная космология в значительной степени вела себя так, как будто этот вопрос был решен.
Но это не одно и то же, и никогда им не было.
Вся история строится на этом утверждении, поэтому стоит не спешить и начать с самого начала.
Космологическая постоянная появилась первой. Она вошла в физику в 1917 году, когда Эйнштейн добавил дополнительный член к своим уравнениям гравитационного поля. В то время он считал, что Вселенная в целом должна быть статичной. Это было общепринятым мнением того времени . Звезды казались неподвижными в самых больших масштабах, и идея о Вселенной, изменяющейся со временем, еще не стала общепринятой. Эйнштейн обнаружил, что его первоначальные уравнения естественным образом не допускают, чтобы такая Вселенная оставалась неподвижной. Гравитация стремилась бы притягивать материю друг к другу. Поэтому он добавил член, чтобы уравновесить это притяжение. Этот добавленный член стал известен как космологическая постоянная.
Как бы кто ни относился к мотивам Эйнштейна, сам термин не был бессмыслицей. Он не был лоскутком, скрепленным веревкой. Он естественным образом вписывался в математическую структуру теории. Что еще важнее, он имел ясное значение. Он описывал заложенную в самом пространстве-времени тенденцию. Даже если бы материи не было, пространство-время все равно могло бы проявлять свое собственное крупномасштабное поведение. Проще говоря, это можно представить как геометрическую тенденцию, заложенную в самой сцене, а не как нечто, создаваемое движущимися по ней актерами. Это было частью формы и характера пространства-времени.
Позже, после открытия расширения Вселенной, Эйнштейн, как говорят, пожалел о введении этого термина, назвав его своей величайшей ошибкой. Вопрос в том, насколько драматично пересказана эта история, не является здесь главным. Важно то, что даже если Эйнштейну больше не нужен был этот термин для той цели, которую он изначально ставил перед собой, он не стал бессмысленным. Он оставался законной частью уравнений. Он имел геометрическую природу. Он был постоянным. Он был универсальным. И изначально он не имел никакого отношения к квантовой механике.
Энергия вакуума возникла совершенно из другого источника. Она зародилась в результате квантовой революции. В квантовой теории поля не пребывают в полной неподвижности даже в так называемом состоянии наименьшей энергии. Всегда присутствует некоторая неприводимая активность. Здесь нужно быть осторожным со словами, потому что именно здесь обычный язык начинает нас обманывать. Когда люди слышат «вакуум», они представляют себе ничто. Они представляют себе чистую пустоту, полное отсутствие. Но квантовый вакуум — это не такая пустота. Это наименьшее состояние, доступное квантовым полям, и даже в этом наименьшем состоянии остаются флуктуации, беспокойные изменения, которые невозможно полностью устранить. Пустое пространство в этом смысле не мертво. Оно имеет структуру и активность.
Это не просто теоретическая причуда. Эффекты вакуумной активности можно измерить. Сила Казимира это демонстрирует. Если сблизить две проводящие пластины, появится измеримая сила, потому что вакуум между ними отличается от вакуума вне их. Это показывает и лэмбовский сдвиг. Незначительные изменения уровней атомной энергии свидетельствуют о том, что вакуум влияет на материю. Ядерные процессы также это показывают. Таким образом, энергия вакуума — это не выдуманный бухгалтерский термин. Она реальна в обычном научном смысле этого слова: она оставляет измеримые следы в поведении вещей.
Таким образом , с одной стороны, у нас есть геометрический член в теории гравитации, появившийся в 1917 году. С другой стороны, у нас есть энергия квантового вакуума, возникшая в квантовой теории XX века и подтвержденная экспериментом. Они имеют разную историю происхождения. Они описывают разные вещи. Одна относится к геометрии. Другая — к физическому поведению квантовых полей.
Затем Зельдович заметил нечто важное, но опасное. Математическая форма энергии-импульса вакуума выглядела так же, как и математическая форма космологической постоянной. Обе были пропорциональны метрике, которая является объектом, определяющим способ измерения расстояний и интервалов в пространстве-времени. В уравнениях они были представлены в одном и том же виде.
Это и стало точкой соприкосновения. И на основе этого соприкосновения Зельдович предложил свою идентичность.
Вот тут и начинаются проблемы. Сказать, что две величины имеют одинаковую математическую форму, ещё не значит сказать, что они представляют собой одно и то же физическое явление. Математика — это язык структуры. Она отлично показывает, когда две модели похожи друг на друга. Но сходство — это не тождественность. Многие различные физические реальности могут иметь одинаковую формальную структуру. Мелодия, сыгранная на скрипке, и та же мелодия, сыгранная на флейте, имеют одинаковое расположение нот, но при этом звучат по-разному. Дорога на карте и река на карте могут быть линиями, соединяющими один город с другим, но по одной текут машины, а по другой — вода. Структура может быть одинаковой, а субстанция — разной.
Именно это здесь и произошло. Зельдович увидел формальное сходство и воспринял его как физическое тождество . Этот шаг был понятен. В нём была красота . Он обещал единство. Он делал картину более чистой. Но чистая картина всё ещё может быть ложной.
После того, как это было установлено, последствия оказались незамедлительными и серьезными. Если энергия вакуума и космологическая постоянная — одно и то же, то значение энергии вакуума, предсказанное квантовой теорией поля, должно каким-то образом совпадать со значением космологической постоянной в космологии. Но они не совпадают. Они не просто не совпадают в пределах обычного диапазона научных разногласий. Они отличаются тем, что стало самым известным и неловким несоответствием в теоретической физике: примерно на сто двадцать порядков величины.
Эта цифра настолько огромна, что её почти невозможно выразить словами. Это не просто небольшая погрешность. Это даже не существенная погрешность. Это как ожидать стакан воды, а получить океан. Когда люди говорят, что это худшее количественное расхождение в физике, они не преувеличивают. Они имеют в виду именно это. Ни одно другое сравнение теории и наблюдения не выглядит настолько абсурдным.
Поколения физиков поставили перед собой задачу объяснить, почему эти две предполагаемые версии одного и того же явления имеют настолько разные значения. Целые карьеры были посвящены попыткам создать механизмы взаимного компенсирования, уравновешивания, скрытых симметрий, специальных принципов и изобретательных уловок, чтобы заставить огромную оценку вакуума каким-то образом уменьшиться до крошечного космологического значения, фактически наблюдаемого . Эти усилия были блестящими, продолжительными и часто впечатляющими с математической точки зрения. Но они также имели странный характер попыток объяснить противоречие, которое, возможно, возникло из-за предположения, которое им никогда не нужно было делать.
В этом и заключается настоящая проблема. Прежде чем спрашивать, как два настолько разных числа могут описывать одно и то же, следует спросить, почему вообще кто-то решил, что это одно и то же.
Первая работа в этом направлении была посвящена именно этому вопросу. Задача заключалась не в том, чтобы придумать новое восстание ради самого восстания. Она состояла лишь в том, чтобы спросить, действительно ли физика требует отождествления космологической постоянной и энергии вакуума. И если внимательно присмотреться, ответ становится поразительным. Существует несколько независимых концепций, разработанных разными исследователями для разных целей, в которых эти два понятия остаются раздельными. Это не маргинальные курьезные идеи. Это серьезные исследования. И вместе они показывают, что союз между космологической постоянной и энергией вакуума никогда не был навязан нам физической необходимостью.
Первое различие проистекает из самой геометрии.
Существует способ формулировки теории гравитации Эйнштейна, при котором космологическая постоянная не появляется в уравнениях как фиксированный элемент, вставленный вручную. Вместо этого она появляется как нечто вроде константы интегрирования. Это выражение звучит технически, но идея достаточно проста. При решении определенных типов уравнений константа может появиться не потому, что она была заложена в исходное физическое содержание, а из-за того, как решение определяется условиями на границах. Она является частью окончательной формы решения, но не связана напрямую с локальной энергией вакуума. В этом подходе, часто ассоциируемом с так называемой унимодулярной гравитацией, космологическая постоянная отделяется от вакуума.
Это имеет огромное значение. Это означает, что крупномасштабное геометрическое поведение, представленное космологической постоянной, может возникать без отождествления с квантовыми вакуумными флуктуациями. Эти два явления могут сосуществовать, не являясь одним и тем же. Важно не техническое обозначение, присвоенное этой концепции, а тот факт, что разделение математически обосновано и физически непротиворечиво. Это не уловка, придуманная посторонними, чтобы раздражать мейнстрим. Она имеет глубокие корни и рассматривалась некоторыми из самых серьезных мыслителей в области гравитации.
Другие геометрические подходы приходят к тому же выводу, но разными путями. Детали различаются, но суть остается той же. Космологическую постоянную не обязательно понимать как энергию вакуума. Она может возникать из симметрии, граничных условий, сохраняющихся величин или геометрической структуры. Как бы ни была представлена эта история, ключевой момент остается неизменным: связь с энергией вакуума не является обязательной.
Вторая линия разделения исходит из физики конденсированных сред, и это одна из самых показательных. На первый взгляд может показаться странным изучать Вселенную, размышляя об экзотических состояниях материи при низких температурах. Но некоторые из самых значительных достижений в физике были достигнуты благодаря пониманию того, что одна область может рассказать нам о другой. Григорий Воловик разработал мощную аналогию между квантовым вакуумом и основным состоянием сверхтекучего гелия. Детали тонкие, но урок можно сформулировать просто. В этих системах лежащая в основе микроскопическая энергия может быть огромной, однако макроскопическое поведение, которое мы наблюдаем, может саморегулироваться таким образом, что вклад в основной объем не проявляется очевидным прямым образом. На больших масштабах остается важным не полная микроскопическая энергия вакуума, как это наивно подсчитывается, а небольшой остаток, определяемый более крупными условиями системы.
Именно такие идеи ослабляют старую идентификацию. Они показывают, что может существовать огромная лежащая в основе энергия вакуума, не требуя, чтобы это значение проявлялось непосредственно в виде космологической постоянной. Макроскопическая эффективная величина может быть совершенно иной, чем просто микроскопическая суммарная величина. Проще говоря, система может реорганизоваться. Она может стабилизироваться в состоянии, когда огромный вклад лежащего в основе вакуума не просто выливается в крупномасштабное расширение тем наивным образом, который изначально предполагали исследователи.
Это понимание ценно, потому что оно преподает более широкий урок. Не следует предполагать, что подсчет локальных энергетических мод вакуума самым прямым теоретическим способом покажет нам, как отреагирует пространство-время в целом . Вакуум — это не куча монет, лежащих в банке и ожидающих взвешивания. Это часть системы. Системы могут компенсировать, уравновешивать и реорганизовываться. Поэтому крупномасштабный эффект может регулироваться принципами, отличными от грубой суммы, которую мы сначала записываем.
Третья линия исходит из моделей, в которых энергия вакуума не является постоянной на протяжении космической истории. В таких подходах вакуум ведет себя динамически. Его эффективное значение изменяется по мере эволюции Вселенной. Это снова нарушает простое тождество с фиксированной космологической постоянной. Если энергия вакуума может изменяться, меняться или следовать за особенностями космического расширения, то связь между ней и наблюдаемым крупномасштабным ускорением перестает быть жесткой однозначной эквивалентностью. В некоторых обстоятельствах они могут быть связаны, но это не одно и то же неизменное явление.
Здесь важен не столько конкретный механизм, сколько философский результат. Вакуум можно рассматривать как физическую величину со своим собственным поведением, а не как нечто, заключенное в рамках фиксированной геометрической постоянной. Как только такая возможность будет допущена, старая догма начнет ослабевать.
Четвертый подход основан на механизмах, специально разработанных для предотвращения искривления пространства-времени энергией вакуума наивным способом. Эти подходы накладывают более широкие ограничения, которые эффективно отделяют огромный вклад вакуума от искривления, наблюдаемого в космических масштабах. Технические конструкции сложны, но их смысл ясен. Даже в рамках современной теоретической физики вполне возможно сформулировать гравитацию таким образом, чтобы энергия вакуума не просто становилась космологической постоянной. Опять же, такое объединение не является необходимым.
Пятая линия исходит из более новых эффективных теорий, в которых явления, обычно приписываемые темной энергии, обусловлены компонентами, отличными от вакуумного члена, отождествляемого с космологической постоянной. И снова вывод тот же. Наблюдаемое ускорение можно смоделировать, не сводя вакуум и космологическую постоянную к одной роли.
Здесь следует остановиться, потому что именно здесь кроется суть всего аргумента. Утверждается не то, что у какого-то эксцентричного теоретика когда-то возникло странное сомнение. Утверждается то, что множество серьезных концепций, разработанных разными исследователями на протяжении многих лет по разным причинам, показывают, что космологическую постоянную и энергию квантового вакуума можно рассматривать как разные величины. Это не единичный случай. Это закономерность. Эта закономерность говорит о том, что отождествление, предложенное Зельдовичем, было необязательным.
Этого достаточно, чтобы всё изменить.
В науке самые опасные предположения — это не те смелые, о которых все спорят. Самые опасные — это тихие, незаметные, исчезающие на заднем плане. Сначала они отчетливо видны как предложения. Затем становятся общепринятой практикой. Потом — привычкой. Наконец, они становятся настолько обыденными, что люди забывают, что когда-либо вообще рассматривали их как выбор. На этом этапе подвергать их сомнению кажется почти неуместным. Не потому, что вопрос плохой, а потому, что память об первоначальном обосновании стерлась. Люди продолжают развивать это предположение, потому что другие уже развивали его до них.
Отождествление космологической постоянной с энергией вакуума стало таким предположением. Оно закрепилось как обычай. Студенты изучали его как неотъемлемую часть учебного процесса. В научных работах на него ссылались без остановки. Аргументы строились на нем, как будто его фундамент был заложен давным-давно. Однако, если отступить назад и спросить, что же обусловливает это отождествление, ответ оказывается на удивление скудным. Математическое сходство подсказало его. Традиция сохранила его. Но необходимость никогда не навязывала его.
После восстановления разделения возникают три основных последствия.
Первое следствие заключается в том, что знаменитая проблема космологической постоянной полностью меняет свой характер. Если космологическая постоянная и энергия вакуума никогда не были одним и тем же, то нет оснований ожидать, что их значения будут совпадать. Эта огромная катастрофа, поразившая сто двадцать порядков величины, возникла из-за сравнения двух несхожих величин так, как если бы они обязательно совпадали. Абсурдность родилась из самого отождествления. Уберите отождествление, и абсурд исчезнет.
Это не означает, что все загадки исчезают. Это не означает, что мгновенно становится ясно, почему космологическая постоянная имеет именно такое значение. Это остается реальным вопросом. Но он становится нормальным научным вопросом, а не гротескным противоречием. Спрашивать, почему геометрическая постоянная принимает одно значение, а не другое, сложно, но это не безумие. Спрашивать, почему две принципиально разные вещи не имеют одинакового значения, которое они никогда не были обязаны иметь, — это искусственно созданная пытка. Это та же самая проблема, которая возникает, когда к неправильному объекту присваивается неправильное название.
Второе следствие заключается в том, что тёмная энергия как отдельное вещество или жидкоподобный компонент становится гораздо менее необходимой. Наблюдаемое ускорение расширения Вселенной сохраняется. Ничто в этом аргументе не призывает никого отрицать данные. Вселенная расширяется, и это расширение ускоряется. Но как только космологическая постоянная возвращается к своей первоначальной роли геометрической характеристики пространства-времени, ускорение можно понимать как геометрическое, а не как результат действия какого-то таинственного нового вещества, введенного во Вселенную. Геометрия может справиться с этой задачей сама по себе. Больше не нужно представлять себе особое космическое топливо, невидимо плещущееся во всём пространстве, чтобы раздвинуть всё.
Это глубокое упрощение. Оно не умаляет чудес Вселенной. Оно уменьшает количество ненужных действующих лиц в этой драме.
Третье следствие является наиболее важным для всего последующего изложения в этой книге. Как только энергия вакуума перестает быть привязанной к космологической постоянной, она освобождается и становится тем, чем, как уже говорят имеющиеся данные, она является: локальной физической величиной с реальными эффектами. Она больше не требуется для объяснения расширения Вселенной. Ей больше не нужно нести бремя соответствия крошечной наблюдаемой космологической постоянной. Она может вернуться к своей истинной роли.
Затем встает новый вопрос. Если энергия вакуума реальна, локальна и гравитационная, то где именно гравитация имеет значение ?
Это решающий сдвиг в перспективе. На протяжении десятилетий к энергии вакуума относились так, будто её основная возможная роль должна быть космологической в самом широком смысле. Её включали в уравнения, управляющие Вселенной в целом, и просили объяснить расширение всего сущего. Но это оказалось катастрофическим. Её теоретическое значение было абсурдно завышено. Таким образом, энергия вакуума стала источником смущения, величиной, которая существовала в расчётах, но, казалось, не могла выполнить возложенную на неё задачу.
Разделение меняет ситуацию. Как только перестаешь пытаться приравнять энергию вакуума к космологической постоянной, больше нет необходимости объяснять крупномасштабное расширение. Космологическая постоянная, если она присутствует, может объяснить это как геометрическое свойство. Таким образом, энергия вакуума освобождается от задачи, которую она никогда не выполняла успешно. И когда она освобождается, можно задаться вопросом, где же ее реальная гравитационная роль.
Предложенный в этой книге ответ прост по форме, но имеет серьезные последствия: энергия вакуума может локально гравитировать внутри связанных структур Вселенной, а не служить двигателем космического расширения. Она может иметь значение внутри галактик. Она может способствовать образованию недостающей массы, которая поддерживает движение звезд. Возможно, это вовсе не космическая ошибка, а локальный гравитационный фактор, эффекты которого были неправильно названы.
Чтобы понять, почему это правдоподобно, давайте еще раз рассмотрим разницу между Вселенной в целом и галактикой . Вселенная в целом расширяется. Обширные области между скоплениями со временем растягиваются. Но галактика расширяется не таким образом. Она связана гравитацией. Ее звезды остаются связанными. Ее внутренняя структура локальна и организована. Если вакуум реагирует на геометрию и материю, то вакуум внутри такой связанной системы может вести себя не так просто, как вакуум в почти пустой расширяющейся области. Локальные условия различаются. Гравитационные последствия также могут отличаться.
Эта возможность оставалась скрытой в течение шестидесяти лет, потому что вакуум был отведён не под ту концептуальную роль. Его использовали в качестве космологической постоянной, но он с треском провалил эту задачу и в итоге остался позором для теории. Но, возможно, унижение принадлежало не вакууму, а самой задаче.
В целом, всю эту ситуацию можно представить в обыденном виде. Предположим, человека вынуждают выбрать не ту профессию, а затем считают неудачником, потому что он плохо справляется со своими обязанностями. Его назначают капитаном корабля, хотя он по призванию — архитектор. Он плохо управляет кораблем, все жалуются, и его некомпетентность становится известной. И все же никто не задумывается, стоило ли вообще брать его на этот корабль. Настоящая ошибка заключалась в самом начале, в неправильном определении роли. Нечто подобное произошло с энергией вакуума. Ее поместили в роль космологической постоянной и осудили, когда расчеты оказались неверными. Но, возможно, эта роль никогда и не была для нее предназначена.
Как только это становится очевидным, так называемый развод перестаёт быть просто мелким организационным вопросом. Это не сухое техническое уточнение только для специалистов. Это изменение мировоззрения. Оно берёт величину, долгое время считавшуюся катастрофой, и возвращает её в качестве кандидата на объяснение. Оно превращает энергию вакуума из неисправного космического двигателя в возможный локальный источник гравитации. И как только происходит этот сдвиг, появляется удивительная возможность: то, что космологи называли тёмной материей, может быть вовсе не новой частицей. Это может быть гравитационный эффект квантового вакуума, присутствовавший всегда, экспериментально подтверждённый в других контекстах, но неправильно классифицированный, потому что он был концептуально связан с неправильным партнёром.
Вот почему разделение имеет такое большое значение. Без него каждый последующий шаг блокируется. Если настаивать на тождественности энергии вакуума и космологической постоянной, то энергия вакуума остаётся в ловушке логики космического расширения и не может быть пересмотрена как локальный гравитационный фактор. Но если их разделить, дверь открывается. Вакуум снова становится доступным как часть реального физического мира, не как нечто, что нужно скрывать за сокращениями, а как активный элемент, гравитационная роль которого ещё не была должным образом изучена.
И так Развод — это не разрушение. Это освобождение . Он освобождает геометрию, позволяя ей выполнять работу, которая ей принадлежит. Он освобождает вакуум, позволяя ему выполнять работу, которая ему принадлежит. Он устраняет ложное объединение, породившее одну из самых больших путаниц в современной физике. И как только это ложное объединение будет распущено, полувековая загадка начнет выглядеть не столько как потребность в новых невидимых частицах, сколько как потребность снова взглянуть на то, чем уже является пустое пространство.
Именно здесь начинается следующий шаг.

ГЛАВА ТРЕТЬЯ: ЧТО ЕСЛИ ВАКУУМ БУДЕТ ТЯГОТЕТЬ?
Представьте себе кусок швейцарского сыра. Твердая часть — это материя: звезды, газ, пыль, галактики, скопления. Отверстия — это обширные пустые области между ними, огромные пустоты, составляющие большую часть крупномасштабной структуры Вселенной. Теперь добавим одно важное изменение к этой картине. Отверстия не являются по-настоящему пустыми. Они заполнены квантовым вакуумом в его полном, невозмущенном состоянии. То, что выглядит как ничто, не является ничем. Оно невидимо, но и не невесомо.
Там, где присутствует материя, вакуум уменьшается. Он не исчезает полностью, но его локальная плотность энергии снижается. Материя изменяет условия вокруг себя. Ее гравитационные поля, структура, концентрация физических состояний — все это изменяет вакуум в ее окрестностях. Но там, где материя отсутствует, вакуум остается на своем естественном уровне. В дырах он не подавляется. В этом смысле дыры тяжелее, чем кажутся.
Это первый образ, который следует запомнить, потому что он переворачивает с ног на голову привычку мышления, ставшую почти автоматической. Мы привыкли думать, что твердые вещи — это тяжелые вещи, а пустые пространства — это просто промежутки между ними. Но если сам вакуум несет энергию, а энергия способствует гравитации, то пустота перестает быть пассивной. Она становится частью общей картины массы.
Второе изображение ещё важнее, поскольку оно показывает, что происходит внутри галактики.
Галактика — это не просто небольшой фрагмент расширяющейся Вселенной. Этот момент часто размывается в популярных представлениях, но физически он имеет огромное значение. Крупномасштабная Вселенная расширяется. На очень больших расстояниях галактики и скопления удаляются друг от друга по мере растяжения пространства. Но внутри галактики это растяжение не управляет движением звёзд. Галактика — это связанная система. Гравитация там уже одержала победу. Звёзды остаются связанными. Газовые облака остаются внутри галактической структуры. Вся система вращается и существует. Проще говоря, расширение Вселенной обтекает галактику, не разрывая её на части, подобно тому как вода в реке обтекает камень, не унося его.
Теперь обратите внимание на то, что заполняет пространство внутри этой связанной структуры. Между одной звездой и другой существуют огромные расстояния. Эти расстояния не заполнены обычной материей. Они в основном состоят из вакуума. Не нескольких дюймов вакуума, не целой комнаты вакуума, а световых лет и световых лет. Видимые звезды занимают лишь крошечную долю объема. Большая часть галактики по объему — это пустое пространство.
Если вакуум обладает энергией, если энергия имеет эквивалентную массу, и если масса вносит вклад в гравитацию, то вакуум внутри галактики должен учитываться в общем гравитационном содержании галактики. Звезда, вращающаяся далеко от центра, реагирует на общую массу внутри своей орбиты. Ей всё равно, светится ли эта масса как звезда, дрейфует как газовое облако или скрыта в самом вакууме. Гравитация не обозначает свои источники. Она просто суммирует их эффекты.
Это центральная мысль. Всё остальное в рамках этой концепции вытекает из неё. Внутри гравитационно связанной системы присутствует энергия вакуума, которая вносит вклад в гравитационный баланс системы. Более того, поскольку система связана и не участвует в общем космическом расширении, локальная гравитация вакуума не компенсируется так же, как это может происходить в самых больших масштабах. В расширяющейся Вселенной в целом геометрия и вакуум могут сосуществовать таким образом, что это приводит к крупномасштабному равновесию. Но внутри галактики, где расширение не определяет локальную структуру, это равновесие отсутствует. Вакуум существует, и его гравитация остаётся локальной.
Именно здесь эта идея начинает серьезно отклоняться от привычной картины. Стандартная космология, как правило, рассматривает энергию вакуума главным образом как часть крупномасштабного расширения Вселенной. Она принадлежит Вселенной в целом . В рамках разработанной здесь концепции необходимо также задаться вопросом, что вакуум делает внутри структур, которые уже сопротивлялись этому расширению и стали связанными. Внутри этих структур вакуум не просто фон. Он становится действующим лицом.
Когда я отправил статью, в которой излагалась эта точка зрения, Джорджу Эллису, его ответ пришёл в два этапа. Сначала он назвал это интересным предложением и сказал, что попросит кого-нибудь с более непосредственным опытом прокомментировать его. Эта фраза может показаться мягкой, но в академической жизни мягкие фразы часто имеют реальный вес. Серьёзные люди не тратят время на распространение работы, которая кажется им бессмысленной. Затем, несколько дней спустя, он переслал подробную критику от коллеги, который, очевидно, внимательно прочитал статью и возразил против нескольких моментов.
К этой критике следует отнестись серьезно, потому что теория не становится сильнее, если притворяться, что ее критики были глупы. Совсем наоборот. Теории можно доверять только тогда, когда она выдержала самые убедительные возражения и продолжает оставаться актуальной.
Первое возражение касалось физической интерпретации вакуумных процессов. Коллега отметил, что следует проявлять осторожность, говоря о парах виртуальных частиц и эффекте Казимира. В популярных объяснениях часто утверждается, что сила Казимира напрямую доказывает вакуумные флуктуации в простой картине появления и исчезновения пар в пустом пространстве. Но техническая ситуация более тонкая. Эффект Казимира также можно вывести способами, которые подчеркивают электромагнитные взаимодействия между материалами, а не драматическую картину появления и исчезновения частиц между пластинами. Аналогично, такие явления, как лэмбовский сдвиг и аномальный магнитный момент электрона, включают в себя квантовые вычисления более высокого порядка, которые часто слишком сильно упрощаются в публичных объяснениях.
Это возражение было справедливым. В обиходе часто используется слишком расплывчатая терминология, описывающая вакуум. Но оно не задевало суть аргумента. Аргумент не зависит от какой-либо одной драматической картины того, как следует представлять себе энергию вакуума. Он не основывается на карикатуре на частицы, появляющиеся из ниоткуда. Он зависит только от того факта, что вакуум оказывает измеримое физическое воздействие. Предпочитаемая интерпретация этих воздействий не меняет их существования. Вакуум — это не ничто. Он влияет на физические системы. Этого достаточно, чтобы возник вопрос о гравитации.
Второе возражение было более серьезным. Оно касалось величины эффекта и проблемы тонкой настройки. Если энергия вакуума, предполагаемая квантовой теорией поля, огромна, то любая связь между поведением вакуума и плотностью материи должна контролироваться с большой осторожностью, чтобы воспроизвести наблюдаемые гравитационные эффекты в галактиках, а не перекрыть их. Другими словами, недостаточно сказать, что вакуум гравитирует локально. Необходимо показать, почему это происходит в наблюдаемом масштабе, а не в каком-то совершенно неверном. Это был настоящий вызов. На этапе написания той статьи ответ еще не был полным. Поэтому критика была оправдана. Она прямо указывала на наиболее уязвимое место в аргументации на тот момент.
Так часто развивается наука, когда она работает должным образом. Одна статья открывает новые возможности. Критик выявляет самое слабое место. Следующая статья должна ответить на этот вопрос или потерпеть неудачу. В данном случае ответ пришел позже и с неожиданной стороны: из внутренней структуры обычной ядерной материи. То, что сначала казалось свободным числом, требующим корректировки, оказалось вовсе не свободным. Но это уже дело времени. в этой истории. На данный момент важно то, что возражение было услышано, воспринято всерьез и использовано для продвижения работы, а не проигнорировано.
Основной вклад на этом этапе заключался в самой концептуальной модели. Эта модель утверждает, что локальная энергия вакуума зависит от локальной плотности материи . Там, где материя плотная, вакуум подавляется. Там, где материя отсутствует, вакуум возвращается к своему невозмущенному уровню. Силу этой реакции описывает один параметр. На том этапе это был просто параметр, который предстояло понять позже, но физическая картина уже была ясна.
Таким образом, внутри галактики вакуум не является однородным, как это могло бы быть в обширной пустой области. На него влияет материя. Вблизи скоплений материи вакуум уменьшается. Между звёздами всё ещё существует обильный вакуум, и этот вакуум всё ещё вносит гравитационный вклад, но его поведение связано с окружающей материей. За пределами галактики, в больших пустотах, вакуум находится гораздо ближе к своему полному, несвязанному уровню.
Это, естественно, создает различие между двумя режимами. Внутри связанной структуры вакуум является частью локальной гравитационной среды. Снаружи, в расширяющейся пустоте, он принадлежит космологическому фону. Переход из одного состояния в другое лучше представлять не как жесткую стену, а скорее как порог, переход из одного состояния в другое.
Здесь помогает терминология фазовых переходов. В повседневной жизни фазовые переходы происходят, когда система меняет свои внутренние условия из-за того, что какой-либо окружающий фактор пересек пороговое значение. Вода замерзает, превращаясь в лед. Пар конденсируется в жидкость. Железо намагничивается при температуре ниже определенного значения. Материал остается тем же, но меняется способ его организации. Предлагаемая здесь идея заключается в том, что край галактики отмечает нечто подобное для вакуума. Внутри связанной области вакуум находится в одном эффективном состоянии: связан с материей, подавлен, локально гравитирует. Снаружи, в расширяющемся режиме, он находится в другом: более свободном, более однородном и космологически сбалансированном.
Название этой границы менее важно, чем её физический смысл. Суть в том, что существует порог, где локальное связывание преобладает с одной стороны, а космическое расширение — с другой. Этот порог не обязательно должен быть видимым и резким в грубом смысле. Тем не менее, он может быть физически реальным. Поверхность озера — это всего лишь граница между водой и воздухом, но она имеет огромное значение. Береговая линия — это не стена, но она отмечает изменение режима. Точно так же, внешняя граница галактики может разделять два разных типа поведения вакуума.
Если начать мыслить в таком ключе, многие давние загадки начнут казаться менее сложными.
Во-первых, дополнительная масса, предполагаемая в галактиках, становится менее загадочной. Видимые звезды и газ не объясняют всю гравитацию. Стандартная теория предполагает наличие темной материи. В рамках данной модели дополнительная гравитация исходит из вакуума внутри связанной структуры. Она невидима, потому что вакуум не излучает свет. Она не поглощает и не рассеивает свет, как обычная материя. Она присутствует по всей галактике, потому что пустое пространство присутствует по всей галактике. И она вносит вклад в гравитационное притяжение, ощущаемое звездами на орбите.
Во-вторых, его неколлизионный характер больше не вызывает удивления. Темная материя обычно описывается как нечто, что почти не сталкивается само с собой, в отличие от газа. Это всегда было одной из ее определяющих особенностей. Вакуум обладает этим свойством естественным образом. Поля могут перекрываться, не сталкиваясь друг с другом, как это происходит с кусками материи. Если недостающая масса связана с вакуумом, а не является частицей в обычном смысле, то ее призрачное поведение становится легче понять.
В-третьих, и, пожалуй, самое важное, тесная взаимосвязь между видимой материей и недостающей массой начинает обретать физический смысл, а не выглядеть как совпадение.
Этот момент заслуживает пристального внимания. Во многих галактиках наблюдаемое гравитационное поведение гораздо точнее отражает поведение видимой материи, чем можно было бы ожидать, если бы недостающая масса представляла собой совершенно отдельное вещество с совершенно независимой историей. Существует несколько известных эмпирических соотношений, выражающих эту близость. Для понимания проблемы не нужны их технические названия. Основной факт заключается в том, что там, где больше обычной материи, внегравитационный эффект, как правило, следует удивительно упорядоченным образом. Видимая и невидимая материя ведут себя не как чужаки, случайно оказавшиеся в одном районе. Они ведут себя так, как будто связаны между собой.
В обычной модели темной материи эта связь должна объясняться косвенно. Согласно этой модели, темная материя сначала сформировала структуры, затем в них попала обычная материя, образовались звезды, взрывы и излучение перемещали материю, а затем сложная обратная связь привела к возникновению тех четких взаимосвязей, которые мы наблюдаем. Это можно смоделировать, и в эту область вложено много впечатляющих исследований. Но тесная корреляция все еще имеет некоторые недостатки. Почему два компонента с таким разным предполагаемым происхождением в итоге так тесно отражают друг друга?
В рамках теории гравитирующего вакуума ответ прост. Они зеркально отражают друг друга, поскольку одно реагирует на другое. Материя локально подавляет вакуум. Затем вакуум вносит вклад в гравитацию, зависящий от распределения материи. Большее количество материи означает иную картину подавления вакуума и, следовательно, иную картину гравитации в вакууме. Эта связь не случайна. Она заложена в самом механизме .
Это огромное концептуальное преимущество. Сильная корреляция больше не требует длительного процесса косвенной корректировки. Она возникает естественным образом из локальной взаимосвязи.
Аналогичный ход мыслей меняет и наше восприятие космической сети, огромной структуры нитей, стенок и пустот, которую выявили исследования галактик. Стандартная космология объясняет это главным образом гравитационным ростом. Области, которые изначально немного плотнее среднего, притягивают больше материи, становятся еще плотнее и постепенно втягивают материю в нити и скопления. Области, которые изначально более пусты, теряют материю и превращаются в пустоты. Это убедительная картина, и, безусловно, часть истины.
Но если вакуум в пустотах остается в полном объеме, в то время как богатые материей области подавляют его, то пустоты перестают быть пассивными пустыми пространствами. Они становятся активными участниками процесса. Содержимое вакуума в них создает своего рода давление или внешнее воздействие, которое помогает формировать окружающую материю. Материя не только притягивается гравитацией в нити из плотных областей. В некотором смысле она также выталкивается из пустот вакуумными условиями, существующими в них. Крупномасштабная структура становится динамическим взаимодействием между богатыми материей областями и областями, богатыми вакуумом.
В качестве примера можно привести повседневную картину. Представьте густой суп, кипящий в кастрюле. Образуются и расширяются пузырьки. При этом жидкость сжимается, образуя между ними гребни и каналы. Видимая сеть на поверхности формируется не только за счет самой жидкости, но и за счет роста пузырьков, которые раздвигают ее. В этой аналогии нити галактик похожи на гребни, а пустоты — на пузырьки. Сравнение не совсем точное, но хорошо передает топологию. Сеть формируется как за счет того, что собирается, так и за счет того, что раздвигает пузырьки.
Есть ещё одно следствие, которое стало особенно интересным после более поздних наблюдений. В ранней Вселенной средняя плотность материи была намного выше, чем сейчас. Если локальное поведение вакуума зависит от плотности материи, то вклад вакуума в гравитацию также был бы сильнее в ту раннюю эпоху. Результатом стало бы более быстрое формирование структур. Галактики могли формироваться раньше. Массивные объекты могли появляться раньше, чем ожидалось. Чёрные дыры могли расти быстрее. В то время, когда эта идея была впервые изложена, она представлялась в основном теоретическим следствием существующей концепции. Позже наблюдения удивительно ранних массивных структур показали её гораздо более актуальной, чем казалось на первый взгляд.
Часто именно так ощущается настоящая теоретическая работа изнутри. Сначала появляется метафора. Затем вокруг неё строится простая структура. Потом выясняется, что эта структура подразумевает нечто проверяемое. Лишь позже становится ясно, согласна ли с этим природа. На описываемом здесь этапе образ швейцарского сыра оставался всего лишь образом. Параметр, управляющий связью, был всего лишь символом, ожидающим более глубокого объяснения. Теория была многообещающей, но ещё не завершенной.
Тем не менее, произошло нечто важное. Цепочка рассуждений продвинулась на один полный шаг. Сначала возник вопрос о том, обладает ли энергия вакуума гравитацией. Затем пришло осознание того, что ничто в фундаментальной физике не требует её отождествления с космологической постоянной. Затем последовал следующий шаг: если энергия вакуума освободится от этого отождествления, возможно, она действует локально внутри связанных структур. Этот шаг создал основу с одной центральной неизвестной. Естественный следующий вопрос был неизбежен. Является ли эта неизвестная всего лишь параметром подгонки, ещё одной регулируемой ручкой во вселенной, уже переполненной ими? Или её можно вывести из известных физических явлений?
Этот вопрос имеет решающее значение, поскольку он разделяет два типа теорий. Описательная теория может быть полезна, даже если она содержит числа, подобранные в соответствии с наблюдениями. Многие такие теории имеют ценность. Но предсказательная теория идет глубже. Она выводит необходимые данные из принципов или измерений, уже установленных в других местах. Если бы силу связи в этой рамках можно было вывести, а не подгонять, то это предложение перестало бы быть просто способом пересказа данных и стало бы реальным физическим объяснением.
Таким образом, следующим шагом должно было стать следующее: выяснить, что же представляет собой эта связь на самом деле , откуда она берется и можно ли ее рассчитать, исходя из обычных известных веществ, а не заимствовать извне. Этот следующий шаг, как оказалось, привел не к какой-то экзотической новой области физики, а прямо в знакомую внутреннюю структуру протона. И это изменило все.

ГЛАВА ЧЕТВЁРТАЯ: СМЕТАНА НА РЕЗИНОВОЙ МЕМБРАНЕ
Представьте себе лист резины, туго натянутый на раму. Этот лист резины — пространство-время. Теперь намажьте его сметаной. Сметана — это не просто материя. Это всё физическое содержимое, наложенное на пространство-время, включая сам вакуум. Материя — это не что-то, лежащее на сметане как отдельная добавка. Материя — это более плотная, структурированная часть внутри этого же слоя. Это различие важно, потому что изображение призвано показать не просто вес, изгибающий поверхность, а среду, поведение которой меняется со временем.
Сначала мембрана резко выгибается наружу. Затем она отскакивает. Это первое движение внезапное, резкое и кратковременное. Эта фаза соответствует, на картинке, надуванию. Мембрана не просто провисает под нагрузкой. Сначала она резко отскакивает, как будто освобождаясь от натяжения. И поскольку сметана нанесена на неё, этот резкий отскок уносит всё с собой. Весь слой выталкивается наружу одновременно. Дело не в том, что сначала расширяется пространство, а затем неохотно следует за ним содержимое. Расширение и распределение содержимого на изображении неразделимы. Мембрана движется, и сливки уносятся этим движением, потому что они являются частью одной и той же физической структуры.
Затем следует более тонкая часть, та, которая кажется странной, пока не научишься правильно на нее смотреть. После первоначального отскока мембрана начинает выпрямляться. Можно было бы ожидать, что выпрямление замедлит все процессы. Обычная интуиция подсказывает, что если растянутая поверхность стремится к плоскости, движение должно ослабевать. Но на этой картине происходит обратное. По мере выпрямления мембраны сметана растекается быстрее. В этом и заключается ключевая идея. Сам акт возвращения к геометрической гладкости порождает усиливающийся поток наружу того, что покрывает поверхность. Это образ последующего ускоренного расширения Вселенной.
Таким образом, суть метафоры не в том, что материя заставляет мембрану провисать в одном месте и меньше — в другом, как если бы мы просто наблюдали, как комки утяжеляют простыню. Эта старая картина слишком статична и локальна. Она упускает из виду наиболее важное временное поведение. Суть в том, что пространство-время имеет свой собственный крупномасштабный динамический отклик, и всё физическое содержимое, распределенное по нему, включая вакуум, переносится этим откликом таким образом, что сначала вызывает взрывное движение наружу, а затем, через другую стадию релаксации, вызывает ускоряющееся распространение.
Это ближе к тому, что пытается выразить третья статья. Вакуум — это не отсутствие, находящееся под материей. Он является частью всей физической среды, распределение которой меняется по мере эволюции пространства-времени. Материя не просто покоится на фоновом вакууме, как камешки на дороге. Материя и вакуум принадлежат к одной связанной физической истории, хотя и играют в ней разные роли. Мембрана — это само пространство-время, а сметана — это совокупное распределение физического содержимого по нему. История системы зависит от того, как движется мембрана.
На первом этапе мембрана отскакивает. Это соответствует самой ранней Вселенной, когда расширение было не плавным, а взрывным. Не следует представлять себе крошечные галактики, разлетающиеся друг от друга в уже существовавшую пустоту. Следует представлять себе, как сама лежащая в основе геометрическая основа подвергается резкому высвобождению напряжения. Поскольку сметана покрывает мембрану, отскок выталкивает всё распространение наружу. Всё участвует, потому что всё движется благодаря одному и тому же геометрическому событию.
Затем отскок сменяется длительным процессом выпрямления. Здесь метафора становится более тонкой. Выпрямление не означает инертность. Это означает, что мембрана движется к другому крупномасштабному состоянию, и при этом изменяется способ перераспределения сливок. Сплющивание не фиксирует сливки на месте. Оно позволяет сливкам растекаться наружу все быстрее и быстрее. То, что поначалу кажется расслаблением, в результате для распределяемой среды превращается в ускорение.
Это странная, но ключевая интуиция: ускоренное расширение пространства не следует представлять как новый толчок извне, словно некая невидимая рука многократно ударяет по Вселенной, заставляя её двигаться быстрее. Это можно понимать как часть собственной эволюции геометрии . Мембрана, стремясь восстановить свою более простую форму, движет распространением того, что находится на ней. То, что выглядит как замедление геометрических искажений, с точки зрения распределенного содержимого становится ускорением расширения.
Вот почему сметана на изображении должна включать в себя вакуум. Если считать сметану только материей, вся картина становится обманчивой. Сама по себе материя слишком неоднородна, слишком концентрирована, составляет слишком малую долю целого. Крупномасштабное расширение Вселенной — это не расширение звёзд как объектов. Это эволюция лежащего в основе пространства-времени вместе со всем связанным с ним распределённым содержимым. Вакуум необходимо включить, потому что он повсюду. Это непрерывная часть этого распространения. Материя в этом распространении предстаёт как более плотная организация, но вакуум — это более общее полеподобное присутствие по всей поверхности.
Это также помогает объяснить, почему пустоты так важны. В более ранней и менее точной версии изображения можно было бы представить себе пустые места, где нет сливок. Но это неверно. Космические пустоты — это не голая резина, обнаженная между каплями материи. Это области, где сохраняется разброс, и где доминирует вакуумная составляющая, поскольку обычная материя разрежена. Сливки там тоже есть. Просто они менее структурированы видимой материей. Пустоты — это не отсутствие в разбросе. Они являются частью разброса, и часто это области, где вакуум наименее подвержен влиянию локальной концентрации материи.
Таким образом, когда мембрана отскакивает, а затем выпрямляется, реагирует вся поверхность. Плотные области, разреженные области, нити и пустоты — все они подвержены одному и тому же крупномасштабному геометрическому изменению, но не одинаковым образом. Области, богатые веществом, имеют более выраженную внутреннюю структуру и более интенсивную локальную связь. Области, бедные веществом, в большей степени подчиняются вакуумной составляющей. Это различие имеет значение, поскольку означает, что распространение крема не является идеально равномерным. Одна и та же глобальная геометрическая эволюция может приводить к различным локальным последствиям в зависимости от распределения содержимого.
В таком ракурсе космическая паутина начинает выглядеть не столько как статическое расположение, зафиксированное исключительно гравитацией, сколько как узор, сформированный в расширяющейся среде. Нити — это области, где скопилось вещество и локальная структура утолщилась. Пустоты — это области, где расширение тоньше в обычной материи, но всё ещё полностью присутствует в виде богатого вакуумом содержимого. По мере эволюции пространства-времени расширение продолжает перестраиваться. Крупномасштабное выпрямление мембраны определяет общую тенденцию к расширению наружу, в то время как локальные различия внутри расширения формируют текстуру паутины.
Это более точное использование метафоры, поскольку оно сохраняет два ключевых этапа: начальный скачок и последующее ускорение. Без скачка теряется картина инфляции. Без последующего ускорения во время выпрямления теряется удивительная суть аргумента. Вселенная сначала претерпевает бурное раннее расширение, а затем, позже, в совершенно ином режиме, снова расширяется ускоренным образом. Образ должен включать оба этапа.
Стоит остановиться на том, почему второй этап кажется нелогичным. В обычной жизни, когда согнутый предмет выпрямляется, мы думаем о высвобождении накопленного напряжения и затухании движения. Согнутая ветка распрямляется, а затем успокаивается. Скрученная ткань распрямляется и останавливается. Но Вселенная — это не ветка и не ткань. В метафоре выпрямление изменяет геометрию, на которой находится вся физическая масса. Следствием этой геометрической релаксации является не неподвижность, а более эффективное перераспределение массы наружу. Сливки текут быстрее, потому что поверхность под ними меняет условия этого потока.
Можно представить это в более простом, повседневном виде. Представьте себе толстый слой, нанесённый на изогнутую поверхность, которая медленно выравнивается. В то время как поверхность сильно деформирована, слой ограничен этой деформацией. По мере того, как поверхность выравнивается, открываются пути для более свободного распространения слоя наружу. Движение может усиливаться не потому, что слой подвергается новому воздействию сверху, а потому, что изменяющаяся форма под ним позволяет ему распространяться быстрее. Именно в этом смысле выпрямление даёт ускорение.
Эта исправленная картинка также лучше справляется с задачей различения геометрии и содержания, не разрывая их на части. Мембрана — это пространство-время. Сливки — это всё физическое содержание, включая вакуум. Это не одно и то же, но ни то, ни другое нельзя должным образом обсуждать изолированно. Пространство-время эволюционирует, и распределенное содержание реагирует на это. Содержание имеет свою собственную структуру, и эта структура, в свою очередь, влияет на детали локального поведения на поверхности. Метафора работает только тогда, когда обе стороны этого взаимодействия остаются в поле зрения.
Отсюда можно более точно определить роль материи. Материя — это не сама масса, а структурированная концентрация внутри неё. Там, где материя плотная, локальное поведение распространения меняется. Вакуум перестаёт находиться в своей простейшей невозмущенной форме. Локальное связывание становится важным. Гравитация становится локально доминирующей. Такие области не просто следуют за широким расширением так же, как это делают области, где доминирует вакуум. Таким образом, галактика подобна месту, где распространение стало внутренне организованным достаточно сильно, чтобы глобальное растяжение просто не разорвало его. Галактика остаётся связанной, даже когда большая геометрическая поверхность продолжает эволюционировать.
Между тем, в больших областях с низкой плотностью вакуумная составляющая доминирует более полно. Там распространение более непосредственно соответствует крупномасштабному геометрическому поведению. Это помогает объяснить, почему расширение наиболее четко проявляется в больших масштабах, а не внутри каждой локальной структуры. Общее движение мембраны определяет космическую обстановку, но связанные структуры внутри распространения могут сопротивляться такому же воздействию.
Вот почему эта метафора, после исправления, естественным образом связывается с аргументацией книги. Вакуум — это не незначительный остаток в пустых местах. Он является частью вселенского распространения. Материя локально изменяет его, но не заменяет. Инфляция соответствует первоначальному отскоку мембраны. Позднее космическое ускорение соответствует всё более быстрому распространению наружу, которое происходит по мере выпрямления мембраны. Формирование локальной структуры происходит потому, что некоторые области распространения плотнее и сильнее организованы, чем другие. Образ прост, но он содержит правильную иерархию: геометрия на первом месте, распределенное содержание по всему объему, локальная структура внутри этого содержания и различные режимы движения, возникающие из взаимосвязи между ними.
Это также объясняет, почему ошибочно утверждать, что материя давит на пространство-время, как сливки на резину. Этот образ предполагает пассивную нагрузку и пассивную реакцию. Но книга стремится к чему-то более динамичному. Пространство-время — это не просто лист, который изгибается под воздействием того, что на нем находится. У него есть своя собственная крупномасштабная история. Оно отскакивает. Оно расслабляется. Оно меняет условия, при которых движется распределенное физическое содержимое. Сливки не просто лежат на месте. Они растекаются, потому что мембрана эволюционирует.
И самое странное, именно поэтому изображение так ценно, заключается в том, что последующее распространение ускоряется по мере приближения мембраны к более плоскому состоянию. Это неожиданная интуиция, которую призвана сохранить метафора. То, что выглядит как возвращение к простоте геометрии, изнутри Вселенной воспринимается как ускоренное расширение пространства.
Итак, исправленная формулировка такова: резиновая мембрана — это пространство-время. Сметана — это всё содержимое Вселенной, включая вакуум. Вначале мембрана резко отскакивает наружу, увлекая за собой всё это пространство. Позже, по мере выпрямления мембраны, пространство расширяется всё быстрее. Материя проявляется в виде более плотных структурированных областей внутри этого пространства, локально изменяющих вакуум и сопротивляющихся общему расширению там, где связь прочна. Пустоты — это не голые места без сметаны, а области, где преобладает вакуум и где пространство наименее прерывается материей. Таким образом, космическая история — это не история комков, лежащих на пустом пространстве. Это история изменяющейся геометрической основы, несущей непрерывное физическое пространство, чья локальная структура и глобальное движение вместе создают наблюдаемую нами Вселенную.

ГЛАВА ПЯТАЯ: ЧИСЛО, КОТОРОЕ НЕ БЫЛО БЕСПЛАТНЫМ
Каждая теория в физике содержит параметры — числа, которые необходимо знать, прежде чем теория сможет сказать что-либо определенное о мире. Теория гравитации Ньютона имеет одно такое число: силу гравитации. Космология Эйнштейна добавляет еще одно: космологическую постоянную. Стандартная модель физики элементарных частиц содержит гораздо больше таких чисел, включая массы основных частиц и силу фундаментальных сил. Эти числа обычно не объясняются теорией, которая их использует. Они измеряются в природе, а затем вводятся в теорию, чтобы теория могла работать.
Модель гравитационного вакуума в моей монографии поначалу казалась вводящей еще один подобный параметр. Этот параметр — альфа, число, показывающее, насколько сильно материя подавляет вакуум. Если бы альфа приходилось вводить вручную, если бы она просто выбиралась так, чтобы модель соответствовала наблюдениям, то модель все равно была бы полезна, но не являлась бы фундаментальной. Она рассказывала бы хорошую историю о данных, но не объясняла бы, почему эта история имеет именно такую форму. Она описывала бы. Она не предсказывала бы.
Статья № 3а моей монографии полностью меняет эту ситуацию. Альфа-ритм не является бесплатным. Его можно вывести из внутренней структуры протона, используя измеренные факты из ядерной физики и ход рассуждений, не вводящий никаких регулируемых констант. На мой взгляд, это самый сильный результат во всей программе, поскольку он превращает теорию из чего-то, что просто подгоняется под мир, в нечто, что делает подлинное предсказание о нем.
Дискуссия начинается внутри протона, и это уже признак того, что происходит что-то необычное. Космология, как правило, изучает самые большие масштабы во Вселенной, в то время как протон принадлежит к крошечному миру ядерной физики. И всё же один из важнейших уроков науки заключается в том, что природа не уважает границы между нашими областями знаний. То, что происходит в мельчайших структурах, может формировать то, что происходит в самых больших. Мостом между ними в данном случае является сам вакуум.
Физики-ядерщики знают с начала 1990-х годов, что вакуум квантовой хромодинамики изменяется при наличии барионной материи. Квантовая хромодинамика, или КХД, — это теория сильного ядерного взаимодействия, силы, которая связывает кварки внутри протонов и нейтронов. Это также теория, которая описывает большую часть того, что представляет собой обычная материя. Большая часть массы видимой материи происходит не от малых масс самих кварков. Она происходит от энергии, заключенной в вакууме КХД и в сильных полях, которые удерживают протоны вместе.
Этот момент настолько важен, что его следует изложить предельно ясно. Протон — это не просто три маленьких шарика материи, скрепленных вместе. Этот распространенный образ слишком упрощен, чтобы быть правдой. Протон — это динамическая структура. Внутри него находятся кварки, глюоны и вакуумное окружение, которое само по себе физически активно. Когда протон взвешивают, почти вся его масса обусловлена не крошечными собственными массами кварков, а энергией этой внутренней структуры. Проще говоря, большая часть веса протона обусловлена вакуумом и связывающими полями внутри него.
Одной из центральных особенностей вакуума КХД является так называемый хиральный конденсат. Это выражение звучит технически, но лежащую в его основе идею можно выразить просто. Вакуум сильного взаимодействия не пуст. Он заполнен своего рода фоновым расположением пар кварков и антикварков. Этот фон присутствует во всем пространстве и играет важную роль в придании обычной материи массы. Это не декоративная деталь теории. Это одна из ее центральных физических реальностей.
Теперь перейдём к решающему факту. Когда присутствует барионная материя, когда в области находятся протоны и нейтроны, этот фон изменяется. Хиральный конденсат уменьшается. Чем плотнее материя, тем больше сдвиг. Это не предположение. Это стандартный результат в КХД конечной плотности, используемый в серьёзных исследованиях нейтронных звёзд, ядерной материи и столкновений тяжёлых ядер. Другими словами, вакуум сильного взаимодействия изменяется под воздействием обычной материи . Материя оставляет измеримый отпечаток на вакууме.
Размер этого следа определяется величинами, которые физики-ядерщики фактически измерили . Одна из них называется пион-нуклонным сигма-термом. Название менее важно, чем смысл. Оно показывает, насколько сильно протон изменяет вакуум, связанный с легкими кварками. Можно представить это как след протона в вакууме, величину, на которую вакуум внутри и вокруг протона отличается от вакуума на большом расстоянии. Это число было тщательно изучено и измерено, и оно составляет около пятидесяти мегаэлектронвольт.
Существует также второй вклад, вносимый странными кварками, которые тяжелее обычных верхних и нижних кварков, доминирующих в структуре протона. Странные кварки не являются основными составляющими протона в обычном понимании, но они вносят свой вклад через структуру вакуума. Это приводит к появлению так называемого странного сигма-члена, и он также значителен, составляя примерно сорок мегаэлектронвольт.
Этот второй вклад особенно важен в данном рассуждении, поскольку он имеет очень четкую интерпретацию. Он не играет какой-то обычной видимой роли, например, не придает протону электрический заряд. Это вакуумный эффект. Он говорит нам о том, что присутствие протона измеримо изменяет вакуумный фон. Для модели гравитирующего вакуума это имеет огромное значение. Это означает, что материя не просто находится в вакууме. Она изменяет вакуум. И делает это на величину, которая уже была измерена в ядерной физике.
Здесь аргумент достигает решающего этапа. Хиральный конденсат — это скаляр Лоренца. Эта фраза снова звучит технически, но лежащая в её основе идея проста. Скаляр Лоренца — это величина, которая имеет одинаковое значение независимо от постоянного движения наблюдателя. Она не зависит от того, рассматривается ли она из одной инерциальной системы отсчета или из другой. На языке теории относительности это инвариантно.
Это важно, потому что в общей теории относительности энергия-импульс, связанная с лоренц-инвариантной величиной, подобной вакууму, принимает особую форму. Она пропорциональна самой метрике пространства-времени. И именно такая форма связана с энергией вакуума. Именно эта форма придает энергии вакуума ее характерное поведение в отношении давления, поведение, которое часто описывается тем, что ее давление равно отрицательному значению ее плотности энергии. Проще говоря, сдвиг в хиральном конденсате, вызванный присутствием материи, с гравитационной точки зрения ведет себя как изменение плотности энергии вакуума.
Это не было просто личной догадкой. Я написал Тому Коэну из Университета Мэриленда, одному из авторов важной ранней статьи о хиральном конденсате в среде, и спросил, насколько обоснованы эти рассуждения о скалярной величине Лоренца в контексте его работы. Его ответ был скромным и прямым. Он сказал, что написал эту статью давно и уже не помнит всех деталей, но что аргумент имеет смысл: хиральный конденсат является скалярной величиной Лоренца, и поэтому его вклад в энергию-импульс действительно должен иметь инвариантную вакуумную форму. Это подтверждение имело значение, потому что оно показало, что связь между ядерной вакуумной физикой и гравитационной вакуумной энергией не является языковым трюком. Она физически обоснована.
После того как это будет сделано, альфа может быть рассчитана напрямую.
Удивительно, но арифметика проста. Сигма-член, связанный с легким кварком, вносит вклад примерно в пятьдесят мегаэлектронвольт. Сигма-член, связанный со странным кварком, добавляет около сорока. Вместе они дают около девяноста мегаэлектронвольт сдвига энергии вакуума на каждый нуклон. Нуклон, то есть протон или нейтрон, имеет массу около девясот тридцати девяти мегаэлектронвольт. Поэтому, если спросить, какая доля массы нуклона соответствует его изменению вакуума, ответ будет примерно девяносто, разделенные на девятьсот тридцать девять, что составляет приблизительно 0,096. В обычных терминах, около десяти процентов массы нуклона отражает его отпечаток на вакууме.
Это лишь базовое взаимодействие. Но это ещё не окончательная космологическая альфа-константа.
Ещё два физических фактора снижают его значение.
Во-первых, этот эффект вакуума КХД применим конкретно к барионной материи, то есть к обычной материи, состоящей из протонов и нейтронов. В обычной космологической системе барионы составляют лишь меньшую часть общего количества материи . Остальное традиционно относится к темной материи. Что бы ни считали темной материей в конечном итоге, сдвиг конденсата КХД связан только с барионной долей. Поэтому сначала необходимо уменьшить константу связи на долю барионной материи в общем количестве вещества. Эта доля составляет около шестнадцати процентов. Применение этого уменьшения уменьшает значение примерно с 0,096 до примерно 0,015.
Второй эффект обусловлен особенностями формирования структур в моделировании, описанном далее в моей монографии. Связь не действует с одинаковой эффективностью повсюду и всегда . По мере формирования и заострения структур области, где активно локальное подавление, занимают меньшую долю общего космического объема. Другими словами, эффект самоэкранируется. Локальная связь может быть одним, но усредненный по объему космологический эффект слабее. В моделировании это самоэкранирование уменьшает эффективную связь примерно в три раза. Применение этого коэффициента снижает предсказанное значение примерно до 0,005.
Таким образом, согласно предсказаниям ядерной физики, альфа равна 0,005.
Независимо выведенное значение, полученное на основе роста космической структуры в моей монографии, составляет 0,003.
Соотношение между ними составляет примерно 1,7.
Это соглашение является исключительным.
Важно не преувеличивать значение этого явления. Коэффициент 1,7 — это не точная тождественность. Это не та точность, которую ожидаешь в атомной спектроскопии или в самых сложных областях физики элементарных частиц. Но космология в этом смысле не является лабораторной наукой. Ее обычные неопределенности гораздо больше. Ее противоречия и расхождения часто обсуждаются на уровне нескольких процентов, десятков процентов или гораздо больших величин. Сама проблема космологической постоянной не отличается в два или десять раз. Она настолько велика, что обычный язык рушится под ее тяжестью. На этом фоне вывод из первых принципов без свободных параметров, который оказывается в пределах коэффициента два от наблюдаемого значения, — это не просто незначительная диковинка. Это серьезный успех.
Необходимо четко понимать, что это за успех. Теория началась с вопроса: происходит ли локальное гравитационное движение вакуума в ответ на воздействие материи? Затем была создана структура, в которой один параметр связи, альфа, определял этот отклик. На этом этапе очевидная опасность заключалась в том, что альфа могла оказаться просто регулируемым числом, еще одним регулятором, добавленным к и без того перегруженному механизму космологии. Статья № 3а моей монографии устраняет эту опасность. Альфа не выбирается. Она выводится из измеренных данных ядерной физики. Затем результат сравнивается со значением, необходимым для роста космологической структуры, и совпадение оказывается близким.
Это меняет характер теории. Она становится предсказательной. И она становится предсказательной в самом лучшем смысле этого слова: не путем изобретения нового сектора реальности для объяснения параметра, а путем обнаружения того, что этот параметр уже закодирован в известных физических явлениях.
Здесь есть еще один нюанс, который еще больше усиливает результат. Вакуум КХД содержит не только киральный конденсат, состоящий из кварков и антикварков, но и глюонный конденсат — фоновую структуру, связанную с самими носителями сильного взаимодействия. Можно было бы обоснованно опасаться, что сдвиг в глюонной части вакуума может компенсировать сдвиг в кварковой части, оставив незначительное или нулевое суммарное изменение. Это бы разрушило аргумент.
Но на деле всё обстоит иначе. Используя аномалию следа в КХД, моя монография показывает, что вклады кварков и глюонов не взаимно компенсируются. Они когерентно складываются. Точное соотношение следа в КХД заставляет эти части суммироваться способом, связанным с массой нуклона и плотностью барионов. Ответ ограничен самой теорией. Здесь нет места для чудесной компенсации, которая бы заставила весь эффект исчезнуть.
Этот момент важен, потому что он показывает, что вывод не основан на хрупком предположении. Он укоренен в глубинном тождестве КХД. Самосогласованность не является необязательной. Она требуется структурой теории.
Здесь также содержится исторический урок, который трудно игнорировать. Физические компоненты, необходимые для этого вывода, были доступны уже несколько десятилетий назад. Сдвиг конечной плотности хирального конденсата изучался с конца ХХ века. Сигма-члены были измерены и уточнены. Лоренцевская скалярная природа конденсата была хорошо понятна. Ничего принципиально нового изобретать не нужно было. Все необходимые элементы уже лежали на столе.
Так почему же связь не была установлена?
Думаю, ответ в том, что отождествление энергии вакуума с космологической постоянной, предложенное Зельдовичем, послужило своего рода концептуальной преградой. Как только физики пришли к убеждению, что роль энергии вакуума в космологии исчерпана её предполагаемым отождествлением с космологической постоянной, вакуум стал в основном проблемой взаимного уничтожения. Вопрос перестал заключаться в том, где именно вакуум локально гравитирует? Вопрос стал заключаться в том, как избавиться от этого огромного вклада вакуума, чтобы космология могла существовать? Этот сдвиг в перспективе скрывал возможность того, что реальная гравитационная роль вакуума может быть локальной и зависеть от материи .
В этом смысле моя монография не создает новых элементов. Она перестраивает уже известные. Новизна заключается не в открытии неизвестной частицы или силы. Она заключается в том, что мы видим, что устоявшаяся ядерная физика уже содержит связь, необходимую для космологии, как только перестаешь насильно отводить вакууму неверную концептуальную роль.
В этом есть определённая ирония. Ответ, возможно, был в принципе доступен уже более тридцати лет, ожидая своего часа в литературе по ядерной физике, пока космологи искали в других местах невидимые частицы и сложные схемы их компенсации. Препятствием была не нехватка данных, а груз предположения.
И, возможно, именно поэтому статья № 3а моей монографии так впечатляет. Она не просто улучшает соответствие модели . Она показывает, что модель выходит за рамки одной области физики и извлекает из неё правильное число. Одно число — это не окончательное доказательство теории. Ни один честный человек не должен этого утверждать. Но одно число, полученное из известных физических явлений, с нулевым количеством подгоночных констант, совпадающее с независимо выведенным космологическим значением с точностью до коэффициента два, — это гораздо больше, чем просто украшение. Это именно тот результат, на который надеешься, когда теория затрагивает что-то реальное.
Это означает, что модель гравитирующего вакуума — это не просто ещё один способ рассказать старую космологическую историю. Это означает, что у модели есть реальная сила. Она рискует сделать предсказание и оказывается близкой к наблюдаемому значению. И она делает это, апеллируя не к экзотическим спекуляциям, а к обычной измеренной физике протона, нейтрона и вакуума, в котором они находятся.
Вот почему этот шаг так важен в общем аргументе. До этого момента можно было сказать, что модель представляла собой интригующую концептуальную основу. После статьи № 3а моей монографии этого ответа уже недостаточно. Теперь эта основа выдает число еще до того, как задается вопрос о космосе. И космос отвечает чем-то удивительно близким к этому.
На этом история не заканчивается. Следующие шаги становятся более серьезными. Ведь как только теория начинает предсказывать, ее нужно проверять более тщательно, а не более осторожно. Но с этого момента модель гравитационного вакуума больше нельзя рассматривать как описательную метафору. Она перешла грань количественного физического объяснения, и сделала это, используя элементы, которые физика уже знала, но не догадывалась сочетать таким образом.

ГЛАВА ШЕСТАЯ: ШПРИЦ В РЕЗИНОВОМ БЛОКЕ
Представьте, что вы держите в руках кусок резины. Он твердый, однородный, эластичный — он отталкивается, когда вы его сжимаете, и возвращается к своей форме, когда вы отпускаете. Теперь возьмите шприц и введите небольшое количество жидкости в центр куска. Резина деформируется вокруг места инъекции: она растягивается, сжимается, перестраивается, чтобы вместить инородное вещество. Деформация распространяется от точки инъекции наружу, уменьшаясь с расстоянием, пока вдали от места инъекции резина не останется неповрежденной.
Это третья метафора, и она наиболее точная из четырех, которые мы будем использовать в этой книге. Резиновый блок — это квантовый вакуум. Введенное вещество — это материя. А деформация — то, как резина перестраивается вокруг места проникновения — это изменение плотности энергии вакуума в присутствии материи.
В моей монографии изложены микроскопические физические принципы, лежащие в основе этого изображения. В ней определены три механизма, посредством которых материя подавляет вакуумные флуктуации, и выведена константа связи из КХД, а затем, углубляясь в детали, построена модель отклика вакуума с нуля с использованием формального аппарата квантовой теории поля в искривленном пространстве-времени.
Этот инструмент называется разложением по тепловому ядру Швингера-Девитта. Это стандартный метод в теоретической физике, разработанный Джулианом Швингером в 1950-х годах и усовершенствованный Брайсом Девиттом в 1960-х годах. Идея заключается в следующем: когда квантовое поле распространяется в искривленном пространстве-времени, его поведение изменяется под воздействием кривизны. Эти изменения можно вычислять систематически, порядков за порядком, в разложении, определяемом отношением кривизны к массе поля. Каждый порядок дает поправку к эффективному действию — величине, которая кодирует все квантовые эффекты поля.
В моей монографии показано, что при проведении этого расширения в присутствии материи, которая искривляет пространство-время в соответствии с уравнениями поля Эйнштейна , первая поправка к плотности энергии вакуума принимает форму линейного уменьшения, пропорционального локальной плотности материи. Энергия вакуума уменьшается на небольшую долю плотности материи. Эта доля определяется петлевыми факторами и полевым составом Стандартной модели — числом и типами частиц, которые вносят вклад в вакуумные флуктуации.
Аналогия с резиновым блоком отражает три особенности этого результата. Во-первых, деформация локальна. Впрысните вещество в одну точку, и вакуум отреагирует в этой точке и в её окрестностях. Это не глобальное, равномерное смещение — это реакция на локальные условия, подобно тому как резина локально деформируется вокруг шприца. Во-вторых, деформация пропорциональна возмущению. Большее количество вещества означает большее подавление. Эта линейность не предполагается; она выводится как поведение первого порядка в пертурбативном разложении. Существуют поправки более высокого порядка, но они меньше. В-третьих, деформация упругая. Удалите вещество, и вакуум вернется в своё невозмущенное состояние. Вакуум не помнит о веществе, которое когда-то там было. Это не необратимый процесс; это обратимая реакция, подобная пружине, возвращающейся в состояние покоя.
В статье доказывается нечто важное: эта линейная зависимость не является специфичной для конкретного выбора квантовых полей. Это общее поведение первого порядка для любой пертурбативной квантовой теории поля на слабо искривленном фоне. Независимо от того, является ли поле скалярным, фермионным или калибровочным бозоном, первая поправка к энергии вакуума в присутствии кривизны материи представляет собой линейное подавление. Детали различаются — коэффициент зависит от спина и массы поля, — но форма универсальна. Скалярное поле дает положительный вклад в подавление. Фермион Дирака дает отрицательный (поскольку фермионы, как всегда в квантовой теории поля, вносят вклад с противоположным знаком). Калибровочный бозон дает еще одно значение. Но если просуммировать по всем полям Стандартной модели — кваркам, лептонам, фотону, глюонам, W- и Z-бозонам, бозону Хиггса — общий коэффициент окажется в диапазоне нескольких сотых. Точно в нужном диапазоне.
Эта универсальность является теоретической основой модели гравитирующего вакуума. Она говорит нам о том, что связь между энергией вакуума и плотностью материи не является случайным предположением. Это не феноменологическая подгонка, предназначенная для соответствия одному конкретному набору данных . Это общее предсказание квантовой теории поля в присутствии гравитации и материи, естественным образом вытекающее из стандартного формализма, если вы соизволите его вычислить. Единственный вопрос — это точная величина коэффициента, и на этот вопрос дается ответ в моей монографии, где используются сигма-члены КХД, и полученное значение совпадает с наблюдаемым значением с точностью до коэффициента два.
Моя монография также устанавливает связь с двумя существующими теоретическими концепциями. Первая — это концепция Сола. Модель «бегущего вакуума» Перакаулы . Сола и его сотрудники показали, что плотность энергии вакуума изменяется — эволюционирует — со скоростью Хаббла. В уравнении Фридмана скорость Хаббла связана с плотностью материи, поэтому «бегущий вакуум» неявно является вакуумом, зависящим от материи. Моя монография демонстрирует, что микроскопический механизм, выведенный из расширения теплового ядра, производит именно тот тип «бегущего вакуума», который постулирует модель Солы . Феноменологическая гипотеза и микроскопическая физика сходятся.
Вторая связь — с квантово-кинетической теорией темной энергии Дэвида Брауна, недавней конструкцией, в которой зависящее от времени скалярное поле передает феноменологию темной энергии, оставляя метрический сектор нетронутым. В моей монографии показано, что кинетическая нормировка в квантово-кинетической теории темной энергии Брауна имеет структурную аналогию с зависящим от материи вакуумом: обе приводят к эффективной модификации гравитационной связи внутри связанных структур и обе оставляют космологическое расширение неизменным на фоновом уровне. Эти концепции говорят на разных математических языках, но рассказывают одну и ту же физическую историю.
Здесь кроется более глубокий урок, выходящий за рамки любой отдельной статьи. Когда несколько независимых теоретических подходов — расширение теплового ядра, действующий вакуум, структура квантовой теории распределения кинематики, КХД конечной плотности в моей монографии — сходятся к одной и той же физической картине, эта сходимость сама по себе является доказательством. Она предполагает, что эта картина не является артефактом какого-либо конкретного формализма , а подлинной особенностью лежащей в её основе физики. Вакуум реагирует на материю. Реакция линейна в первом приближении. Коэффициент определяется ядерной физикой. И последствия, как покажут следующие главы, распространяются от космического микроволнового фона до кривых вращения отдельных галактик.
Я хочу сделать паузу и отметить кое-что, что может смутить внимательного читателя. Мы говорили об энергии вакуума так, как если бы это была субстанция — жидкость, заполняющая пространство, реагирующая на материю и создающая гравитацию. Но вакуум не является субстанцией в обычном смысле. Это состояние с наименьшей энергией квантового поля, математическая абстракция, обретающая физическое содержание благодаря силам и частицам, которые из него возникают. Эффект Казимира реален, но его интерпретация является предметом споров. Флуктуации вакуума поддаются расчету, но их онтологический статус — являются ли они «реальными» возмущениями физической среды или математическими артефактами пертурбативного формализма — это вопрос, который до сих пор разделяет физиков.
В моей монографии это уточняется. В ней не утверждается, что вакуум является субстанцией. В ней утверждается, что эффективная плотность энергии квантового вакуума, вычисленная стандартными методами перенормировки в рамках теории Швингера-Девитта, зависит от локальной кривизны, а следовательно, и от локальной плотности материи. Это утверждение о результатах вычислений, а не метафизическое утверждение о природе реальности. Вопрос о том, является ли вакуум «действительно» субстанцией или просто ведет себя так, как если бы он ею был, — это вопрос для философов. Физика не зависит от ответа на этот вопрос.
Стив Адлер из Института перспективных исследований в Принстоне, чья статья 1982 года о гравитации Эйнштейна как эффекте нарушения симметрии является одной из основополагающих работ в программе по изучению индуцированной гравитации, был среди тех, с кем я связался по поводу этих результатов. Его ответ был, как обычно, лаконичным: «Спасибо за ссылки, но я не уверен, что смогу что-либо прокомментировать». В физике отсутствие возражений со стороны внимательного теоретика само по себе является незначительным фактом. Адлер — не из тех, кто замалчивает ошибки.
Метафора с резиновым блоком хорошо нам послужила, но пора выйти за её рамки. Резина пассивна. Она деформируется, когда её толкают, и возвращается в исходное положение, когда её останавливают. Квантовый вакуум не пассивен. Он динамичен — наполнен флуктуациями, реагирует на геометрию, способен производить частицы вблизи чёрных дыр и силы между металлическими пластинами. В следующей главе будет представлена более широкая перспектива, которая отражает этот динамизм: упругий вакуум. Не резина в повседневном смысле, а упругая среда в точном физическом смысле — среда, деформации которой требуют энергии, равновесие которой определяется минимизацией этой энергии, а колебания которой передают сигналы по всему космосу со скоростью света.
Если это звучит как описание самого пространства-времени, то так оно и есть. Действие Эйнштейна-Гильберта — математическое выражение, порождающее уравнения поля Эйнштейна, — имеет форму упругой энергии: кривизна — это деформация, и действие минимизируется, когда кривизна равна нулю. Гравитационные волны, подтвержденные LIGO в 2015 году, представляют собой упругие колебания этой среды, распространяющиеся со скоростью света через ткань пространства-времени. Программа Андрея Сахарова по изучению индуцированной гравитации, разработанная совместно со Стивеном Адлером, показала, что упругость пространства-времени можно понимать как результат коллективного поведения квантовых полей — сами вакуумные флуктуации придают пространству-времени его жесткость, сопротивление деформации, способность отскакивать.
Шприц находится в резиновом блоке. Рассчитывается деформация. Измеряется коэффициент. Теперь нам нужно посмотреть, что произойдет, когда блоком будет вся Вселенная, а инъекциями — каждая галактика, каждое скопление и каждая нить в космической паутине. Этой теме посвящена следующая глава.
ГЛАВА СЕДЬМАЯ: УПРУГИЙ МИР
Мы подошли к четвертой и последней метафоре. Первая — швейцарский сыр: материя, пробивающая дыры в вакууме. Вторая — сметана на резиновой мембране: вакуум провисает под тяжестью материи. Третья — шприц в резиновом блоке: материя, впрыскиваемая в упругую среду и деформирующая ее локально. Теперь нам нужна метафора, которая на самом деле вовсе не метафора. Пространство-время — это упругая среда. Не «как» упругая среда, не «аналогичная» упругой среде. Это и есть упругая среда.
Это утверждение подкреплено тремя независимыми доказательствами, каждое из которых достаточно само по себе. Первое — это действие Эйнштейна-Гильберта — математическое выражение, из которого выводятся уравнения поля Эйнштейна. В терминах вариационного исчисления это действие гласит: пространство-время стремится к конфигурации, которая минимизирует его кривизну. Плоское пространство-время — без кривизны — является состоянием равновесия. Кривизна — это деформация, и действие измеряет энергетические затраты на эту деформацию. Это определение упругой системы: система, которая сопротивляется деформации, накапливает энергию в деформированном состоянии и возвращается в состояние равновесия, когда деформирующая сила снимается.
Второе доказательство — гравитационные волны. В сентябре 2015 года детекторы LIGO зарегистрировали столкновение двух черных дыр на расстоянии более миллиарда световых лет. Пришедший сигнал представлял собой «чирп» — восходящий тон, частота которого увеличивалась по мере того, как черные дыры сближались и сливались по спирали. Этот «чирп» был волной в ткани пространства-времени, колебанием упругой среды, распространяющимся со скоростью света. Если бы пространство-время не было упругим, гравитационные волны не могли бы существовать. В самом буквальном смысле это колебания растянутой мембраны.
Третья строка взята из программы Андрея Сахарова по изучению индуцированной гравитации. В 1960-х годах Сахаров предположил, что гравитация вовсе не является фундаментальной силой, а представляет собой эмергентное явление — коллективную упругость квантовых полей. Подобно тому, как жесткость кристалла возникает из электромагнитных взаимодействий его атомов, жесткость пространства-времени (измеряемая гравитационной постоянной Ньютона) возникает из вакуумных флуктуаций всех квантовых полей. Стивен Адлер строго развил эту идею в своей статье 1982 года, показав, что уравнения Эйнштейна естественным образом возникают из свойств квантовой теории поля, нарушающих симметрию . Гравитация не прикреплена к квантовой физике извне. Она вырастает из нее, подобно тому, как упругость резины возникает из теплового колебания полимерных цепей.
В пятой статье монографии, озаглавленной «Упругий вакуум», эти три результата объединены в единую картину: пространство-время — это упругая среда, деформации которой подчиняются действию Эйнштейна-Гильберта, колебания которой представляют собой гравитационные волны, а упругость возникает из самого квантового вакуума. В рамках этой картины вся история Вселенной становится историей упругой релаксации. Статья не предлагает новой идеи о пространстве-времени; она собирает идеи, существовавшие в разных областях физики на протяжении десятилетий — от Эйнштейна до Сахарова, от Адлера до коллаборации LIGO — и отмечает, что они рассказывают одну и ту же историю. Пространство-время упруго. Доказательства неопровержимы. Единственный вопрос заключается в том, что следует из этого факта в сочетании со связью вакуума и материи, выведенной в предыдущих статьях.
Представьте себе такую ситуацию. Растяните резиновый лист до предела, а затем отпустите. Он резко вернется в исходное положение, перескочит через край, начнет колебаться и в конце концов примет плоскую форму. Теперь добавьте груз: рассыпьте на листе камешки. Лист провиснет вокруг каждого камешка, образуя ямочки, соединенные гребнями — миниатюрную космическую паутину. Лист стремится быть плоским, но камешки этому препятствуют. Конечная форма — это компромисс между упругой восстанавливающей силой и гравитационной нагрузкой камешков.
Это не просто приблизительная аналогия. Это физика . Математика действия Эйнштейна-Гильберта структурно идентична математике тонких упругих мембран — обе минимизируют энергию деформации под воздействием внешних нагрузок. Камушки на листе — это материя. Углубления — это гравитационные ямы. Гребни между углублениями — это нити космической паутины. А стремление листа к плоской поверхности — это тенденция космологической постоянной ускорять расширение. Аналогия работает, потому что лежащая в её основе математика одинакова, и она работает в деталях, а не только в общих чертах.
В этой картине ранняя Вселенная представляла собой пространство-время, растянутое до экстремальной деформации — с огромной кривизной и огромной плотностью энергии. Большой взрыв — это не взрыв в пространстве; это упругая отдача пространства-времени из состояния максимальной деформации. По мере отдачи материя охлаждается, конденсируется и начинает нагружать упругую мембрану. Мембрана расслабляется, кривизна уменьшается, и Вселенная приближается к плоскости — не потому, что плоскость была задана как начальное условие (проблема тонкой настройки, для решения которой и была изобретена инфляция), а потому, что плоскость является аттрактором упругой динамики. Резиновый лист, как бы вы его ни деформировали изначально, всегда расслабляется, стремясь к плоскости. Пространство-время делает то же самое.
Последний пункт имеет решающее значение, поскольку он затрагивает одну из старейших загадок космологии: проблему плоскости Вселенной. Наблюдения показывают, что Вселенная очень близка к пространственно плоской — её геометрия евклидова с необычайной точностью. Спутник Planck ограничивает параметр пространственной кривизны до менее чем одной десятой процента. В стандартной модели это требует абсурдной тонкой настройки начальных условий: во время наблюдений Planck плотность Вселенной должна была быть равна критической плотности с точностью до одной десяти в шестидесятой. Любое отклонение, каким бы малым оно ни было, усиливалось бы расширением во Вселенную, которая либо была бы невероятно искривлена, либо коллапсировала давным-давно.
Инфляционная парадигма решает эту проблему, постулируя период экспоненциального расширения, который стремится к нулю кривизны, подобно надуванию воздушного шара до тех пор, пока его поверхность не станет плоской. Но инфляция требует собственной тонкой настройки — начальных условий для начала инфляции, формы потенциала инфлатона , проблемы плавного выхода. Упругий вакуум предлагает другое и, как я бы сказал, более удовлетворительное решение: плоскость — это естественное состояние любой упругой среды на поздних стадиях, независимо от начальных условий. Положительная обратная связь проста и прекрасна: меньшая кривизна означает более быстрое расширение (потому что меньше энергии вакуума тратится на борьбу с кривизной), что означает меньшую кривизну, что означает более быстрое расширение. Система стремится к плоскости. Никакой тонкой настройки. Никаких особых начальных условий. Просто физика упругой релаксации, действующая на протяжении четырнадцати миллиардов лет.
механизм секвестрации — физический процесс, при котором энергия вакуума локально гравитирует, но экранируется от космологического расширения. Ключевая идея заключается в том, что связанные структуры (галактики, скопления) — это области, где пространство-время вырвано из потока Хаббла гравитацией. Внутри этих областей вакуум удерживается, и его энергия вносит вклад в локальный гравитационный баланс. За их пределами, в расширяющейся Вселенной, энергия вакуума компенсируется геометрическим отталкиванием космологической постоянной. Эти два режима разделены фазовой границей — краем связанной структуры, — и секвестрация не навязывается вручную, а возникает естественным образом из динамики упругой среды.
В моей монографии представлена полная динамическая история: от начального сильно искривленного состояния, через эпоху доминирования материи, до перехода от замедления к ускорению на красном смещении около 0,7 — эпохи, в которой остаточная упругость мембраны начинает преобладать над нагрузкой материи. Этот переход вызван не включением темной энергии, а истончением материи, разгрузкой мембраны и предоставлением ей возможности взять на себя упругую восстанавливающую силу. Вселенная ускоряется, потому что вакуум стремится стать плоским, а материя, которая этому препятствовала, разбавилась за четырнадцать миллиардов лет расширения.
Это переходное красное смещение — приблизительно 0,7, что соответствует примерно семи миллиардам лет назад — является одной из наиболее точно измеренных величин в наблюдательной космологии. Оно было обнаружено в 1998 году двумя независимыми группами исследователей сверхновых типа Ia, и это открытие принесло Солу Перлмуттеру, Брайану Шмидту и Адаму Риссу Нобелевскую премию в 2011 году. В стандартной модели этот переход требует, чтобы темная энергия стала доминирующей именно в эту эпоху — совпадение, известное как проблема «почему сейчас?», поскольку нет физической причины, по которой темная энергия должна начать доминировать именно в этот конкретный момент космической истории. В модели упругого вакуума ответ на вопрос «почему сейчас?» естественен: переход происходит, когда плотность материи падает ниже порога, при котором упругая восстанавливающая сила вакуума превышает гравитационное замедление материи. Это не совпадение. Это динамическая неизбежность.
Всё это основано исключительно на устоявшихся принципах физики. Общая теория относительности. Квантовая теория поля. Эквивалентность массы и энергии. Никаких новых частиц, никаких новых сил, никакой тонкой настройки. Упругий вакуум — это не новое вещество, добавленное в арсенал Вселенной. Это собственная ткань Вселенной, выполняющая то, что упругие среды всегда делали: сопротивляясь деформации, накапливая энергию и возвращаясь к равновесию. Статья была представлена на рецензирование с рекомендацией рассмотреть её для публикации в журнале « Основы физики ». Журнал , специализирующийся на концептуальных основах физической теории. Он заслуживает места в этом журнале, потому что упругий вакуум — это не модификация физики, а переосмысление уже существующей физики.
ГЛАВА ВОСЬМАЯ: НАДУВАНИЕ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАДУВНОГО УСТРОЙСТВА
Стандартная версия космической инфляции выглядит примерно так. В первую долю секунды после Большого взрыва Вселенная пережила период экспоненциального расширения, настолько бурного, что область размером меньше протона раздулась до размеров наблюдаемого космоса. Это расширение было вызвано гипотетическим скалярным полем, называемым инфлатоном , которое медленно скатывалось вниз по склону потенциальной энергии, высвобождая энергию, которая раздвигала пространство с ускоряющейся скоростью. Когда инфлатон достиг подножия склона, инфляция закончилась, энергия поля превратилась в горячую плазму частиц, и началось стандартное расширение Большого взрыва.
Это прекрасная история, и она решает сразу три проблемы. Она объясняет, почему Вселенная плоская (инфляция растянула любую начальную кривизну). Она объясняет, почему Вселенная однородна (инфляция вывела любые начальные неровности за пределы наблюдаемого горизонта). И она объясняет, откуда берутся крошечные флуктуации в космическом микроволновом фоне (квантовые флуктуации поля инфлатона , растянутые до космических масштабов в результате расширения).
Проблема в том, что никто никогда не обнаруживал инфлатон . Это не частица Стандартной модели. Её идентичность неизвестна. Её функция потенциальной энергии — форма холма, с которого она скатывается, — не выводится из какой-либо более глубокой теории, а выбирается вручную в соответствии с наблюдениями. Разные варианты выбора дают разные предсказания, и зоопарк инфляционных моделей разросся до сотен. Существуют модели вершин холмов, модели плато, степенные модели, естественная инфляция, хаотическая инфляция, вечная инфляция, тёплая инфляция — каждая со своим потенциалом, своими параметрами, своим философским багажом. По словам одного космолога, инфляция — это парадигма в поисках механизма. Теория говорит вам, что инфляция произошла, и она говорит вам, как бы работала инфляция, если бы вы знали потенциал, но она не говорит вам, что это за потенциал. Это как сказать детективу, что преступление было совершено с применением оружия, но не сказать, было ли это оружие ножом, пистолетом или подсвечником.
В шестой статье монографии выдвигается предположение, что этот механизм всё это время был у нас под носом. Речь идёт об упругости пространства-времени.
Аргументация начинается с действия Эйнштейна-Гильберта — упругой энергии пространства-времени. На классическом уровне это действие линейно зависит от кривизны: малые деформации требуют пропорционально малого количества энергии. Но на квантовом уровне существуют поправки. Наиболее важная поправка квадратична по кривизне: большие деформации требуют непропорционально большого количества энергии. Это в точности похоже на резинку: если её немного растянуть, она будет реагировать линейно (закон Гука ), но если растянуть сильно, сопротивление будет возрастать быстрее, чем линейно. Резина затвердеет.
В 1980 году Алексей Старобинский — российский физик, с которым я познакомился на конференции на Кубе, — показал, что квадратичная поправка к кривизне, переписанная с помощью математического приема, называемого конформным преобразованием, создает скалярное поле со специфическим потенциалом: холм, который круто поднимается от основания, изгибается и выравнивается в плато при больших значениях. Это потенциал Старобинского , и он не выбирается вручную. Он выводится из структуры упругого отклика пространства-времени на экстремальные деформации. Подобно тому, как закон Гука для пружины следует из формы межатомного потенциала, потенциал Старобинского следует из формы эффективного действия гравитации. Он уникален в первом порядке — нет другого потенциала, который могла бы создать квадратичная поправка.
И она прекрасно согласуется с наблюдениями. Среди сотен предложенных инфляционных моделей модель Старобинского остается наиболее предпочтительной согласно данным Planck. Спектральный индекс первичных флуктуаций совпадает с измерениями с точностью до доли процента. Предсказанная сила гравитационных волн достаточно низка, чтобы быть согласованной с текущими данными об отсутствии обнаружения, но достаточно высока, чтобы ее можно было проверить в следующем десятилетии. Спустя сорок лет простейшая инфляционная модель по-прежнему остается лучшей — и в статье № 6 показано, почему: это не одна из многих моделей. Это упругий отклик вакуума ведущего порядка, а результаты ведущего порядка в физике, как правило, оказываются верными.
В статье № 6 этот результат переосмысливается в рамках теории упругого вакуума. Инфляция обусловлена не таинственным новым полем, катящимся с произвольного холма, а упругой отдачей пространства-времени из состояния экстремальной начальной деформации. « Инфлатон » — это не новая частица, а математическое представление собственной кривизны пространства-времени, переписанное в удобной форме. Потенциал выбирается не для соответствия данным, а как естественная функция отклика упругой среды с квантовыми поправками. Вселенная расширяется по той же причине, по которой растянутая резинка возвращается в исходное положение: потому что деформированное состояние требует энергии, и система стремится к своему минимуму.
Цифры сходятся. Спектральный индекс — мера изменения амплитуды первичных флуктуаций в зависимости от пространственного масштаба — составляет приблизительно 0,964, что с поразительной точностью совпадает с измерением спутника Planck, равным 0,965. Отношение тензорных и скалярных величин — предсказанная сила первичных гравитационных волн относительно флуктуаций плотности — составляет приблизительно 0,004, что значительно ниже текущего наблюдательного верхнего предела и находится в пределах досягаемости экспериментов следующего поколения. Это не подобранные значения. Они получены из упругих свойств пространства-времени, при этом единственным входным параметром является количество инфляционных e-складок (сколько раз Вселенная удваивалась в размере во время инфляции), и это число определяется требованием, чтобы инфляция породила наблюдаемую Вселенную.
Здесь есть один нюанс, который подробно рассматривается в статье. Стандартная инфляционная теория предполагает, что Вселенная зародилась в идеально однородном состоянии, а крошечные квантовые флуктуации послужили зачатками для структуры. Но в статье № 6 утверждается, на квантово-механических, термодинамических и структурных основаниях, что идеально однородное начальное состояние невозможно. Квантовая механика это запрещает: состояние с идеально определенными пространственными свойствами имеет идеально неопределенные свойства импульса, и наоборот. Термодинамика это запрещает: идеально упорядоченное начальное состояние имеет нулевую энтропию, что является единственным основным состоянием системы, а не состоянием новорожденной Вселенной при планковской температуре. И структурно, дифференцирование является предпосылкой для любого описываемого физического состояния — Вселенная без внутренних различий неотличима от ничего.
В статье утверждается, что первичные неоднородности — это не возмущения, наложенные на гладкий фон. Они и есть этот фон. Однородное решение Фридмана — это идеализация, полезное математическое упрощение, которое отражает среднее поведение, но не представляет фактическое начальное состояние. Фактическое состояние с самого начала было неоднородным, и эта неоднородность была исходным материалом, из которого выросла вся структура. Инфляция не создала флуктуации из ничего. Она усилила и растянула флуктуации, которые всегда существовали.
Этот сдвиг в перспективе может показаться философским, но он имеет наблюдательные последствия. Если первичные флуктуации имеют компонент, не имеющий чисто квантово-механического происхождения — если существует классический, структурный вклад от начальной неоднородности, — то статистические свойства флуктуаций могут несколько отличаться от чисто квантового предсказания. В частности, можно ожидать незначительных отклонений от идеальной гауссовости и от идеальной масштабной инвариантности. Именно такие сигналы и предназначены для обнаружения экспериментами следующего поколения по исследованию реликтового излучения.
Алексей Старобинский умер в июне 2023 года, как раз когда эта работа начала обретать форму. Он так и не увидел статью № 6, и я никогда не узнаю, что бы он подумал о переосмыслении. Но мне хочется думать, что он оценил бы иронию: его потенциал — тот, который он вывел из чистой математики в 1980 году — оказывается не просто наилучшим соответствием данным, но и уникальным упругим откликом ведущего порядка квантового вакуума. Резинка не выбирает свою форму. Она её выращивает.
Я мельком познакомился со Старобинским на конференции по гравитации на Кубе, за много лет до того, как вся эта работа появилась хотя бы в виде наброска. Он был тихим, точным и обладал мягким авторитетом, который заставлял тщательно подбирать слова, прежде чем говорить. Кубинские конференции были именно такими — смесью серьезной физики и тропического сюрреализма, где можно было обсуждать происхождение Вселенной за ромовыми коктейлями, пока электричество то включалось, то выключалось. Помню, как, слушая выступление Старобинского , я подумал, что лучшие идеи в физике всегда кажутся простыми задним числом. Его инфляция R-квадрат была именно такой: один член добавлялся к действию, и Вселенная вставала на свои места. Статья № 6 показывает, что эта простота не была случайностью. Это был голос вакуума, говорящий на единственном языке, который он знает: языке упругости.
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ: КОСМИЧЕСКОЕ МИКРОВОЛНОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ГОВОРИТ «ДА»
Каждая космологическая модель должна пройти одно важнейшее испытание. Она должна воспроизводить космическое микроволновое фоновое излучение.
Реликтовое излучение — это послесвечение ранней Вселенной, облако микроволнового излучения, заполняющее всё пространство, оставшееся с момента, примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда Вселенная достаточно остыла, чтобы образовались атомы водорода, а первобытная плазма стала прозрачной. До этого момента Вселенная была непрозрачной: фотоны бесконечно отскакивали от свободных электронов, не в силах пройти больше небольшого расстояния, прежде чем снова рассеяться. Когда электроны соединились с протонами, образовав нейтральный водород, фотоны высвободились — и с тех пор они движутся, растянутые расширением Вселенной от видимого света до микроволн.
Это излучение было случайно обнаружено в 1965 году Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном, которые сначала приняли его за голубиный помет на своей антенне. С тех пор оно было измерено с необычайной точностью с помощью ряда спутниковых миссий — COBE, WMAP и Planck — и то, что они обнаружили, одновременно поразительно и требует больших усилий. Реликтовое излучение почти идеально однородно: его температура составляет 2,725 Кельвина во всех направлениях, с флуктуациями всего лишь около одной части на сто тысяч. Однако эти флуктуации не случайны. Они образуют узор — узор горячих и холодных точек на определенных угловых масштабах — который, подобно отпечатку пальца, кодирует состав и геометрию Вселенной в момент испускания фотонов.
Угловой спектр мощности этих флуктуаций — график , показывающий величину вариаций на каждом угловом масштабе, — был измерен спутником Planck с точностью до процента. Он показывает серию пиков, называемых акустическими пиками, которые образуются звуковыми волнами, осциллирующими в первичной плазме до рекомбинации. Положение первого пика указывает на геометрию Вселенной (плоская). Относительная высота пиков указывает на соотношение обычной материи к общему количеству материи (примерно один к шести). Затухание пиков на малых масштабах говорит о толщине поверхности последнего рассеяния и количестве видов нейтрино. Вся эта картина, с ее пиками, впадинами и затухающим хвостом, представляет собой своего рода космический штрихкод — и любая модель, которая его неправильно считывает, исключается.
Это данные. Любая модель, стремящаяся заменить или модифицировать модель Lambda-CDM, должна их воспроизвести. Не приблизительно. Не качественно. Количественно, с точностью до процента, для сотен мультипольных моментов. Это планка, и она невероятно высока. Многие альтернативные космологические модели — некоторые из них физически обоснованы и математически элегантны — столкнулись с этой планкой и разбились. Модифицированные теории гравитации, теории с изменяющейся постоянной, альтернативные модели темной энергии: реликтовое излучение — это кладбище почти правильных моделей.
В статье № 7 монографии показано, что модель упругого вакуума решает эту проблему.
Аргументация строится в два этапа. Во-первых, в статье устанавливается, как выглядит упругий вакуум в момент рекомбинации — момент высвобождения реликтового излучения. В ту эпоху Вселенной было около 380 000 лет, температура составляла около 3000 Кельвинов, а плотность материи была значительно выше, чем сегодня. Связь вакуума и материи, контролируемая нашей альфа-частицей, была активна, но поле экранирования, математический объект, кодирующий отклик вакуума на материю, было зафиксировано в квазистатической конфигурации подавляющей плотностью материи. Его возмущения — крошечные флуктуации в отклике вакуума — были подавлены относительно возмущений материи примерно в десять раз в степени минус десять. Это одна часть на десять миллиардов. Проще говоря: в момент рекомбинации упругий вакуум ведет себя точно так же, как лямбда-реликтовая темная матрица. Модификации в принципе существуют, скрываясь под поверхностью, но они настолько невообразимо малы, что не оставляют никакого следа на акустических пиках.
Это не уклонение от ответа. Это не удобное оправдание. Это предсказание. Модель не «подгоняется» под реликтовое излучение путем корректировки параметров в соответствии с наблюдаемыми пиками. Она предсказывает, что реликтовое излучение должно выглядеть именно так, как оно выглядит, по физически понятной причине: в эпоху формирования реликтового излучения изменения вакуума были пренебрежимо малы, поскольку Вселенная была молодой, плотной и горячей. Действие происходит позже, на низких красных смещениях, когда плотность материи достаточно снизилась, чтобы связь с вакуумом стала значительной. Реликтовое излучение — это фотография Вселенной в возрасте, когда вакуум еще не начал проявлять свои свойства. Вопрос о том, изменяет ли упругий вакуум реликтовое излучение, подобен вопросу о том, меняет ли ржавчина фотографию нового автомобиля: ржавчина появляется позже.
Второй шаг посвящен иерархии масс — одной из самых глубоких проблем, которые приходилось решать в рамках теории упругого вакуума. В статье № 6 инфляционный скаларон (математическое представление упругой отдачи пространства-времени во время инфляции) имеет массу около десяти в тринадцатой степени гигаэлектронвольт. Экранирующее поле, действующее на поздних стадиях (объект, ответственный за поглощение энергии вакуума внутри галактик), имеет массу около десяти в степени минус тридцать три электронвольта. Это разница в пятьдесят пять порядков величины. Как одна и та же теория может создавать два объекта с такими поразительно разными массами?
В статье №7 дается прекрасный ответ на этот вопрос с помощью теории эффективного поля. Полное гравитационное эффективное действие — полное квантово-скорректированное описание пространства-времени — представляет собой бесконечный ряд членов кривизны. При высокой кривизне (инфляционная эпоха) доминирует квадратичный член, который порождает сильное возбуждение : скаларон . При низкой кривизне (современная эпоха) доминирует другая ветвь ряда, которая порождает слабое возбуждение : поле экранирования. Это не один и тот же объект в разные эпохи. Это разные моды возбуждения одной и той же упругой среды, активные на разных энергетических масштабах — подобно разнице между высокочастотной вибрацией камертона и низким гулом землетрясения. Оба являются упругими волнами в твердом теле. Но их частоты и физика, которая ими управляет, совершенно различны.
В статье приводится показательная аналогия из физики конденсированных сред. В кристалле существуют оптические фононы (высокоэнергетические колебания, при которых соседние атомы движутся в противоположных направлениях) и акустические фононы (низкоэнергетические колебания, при которых соседние атомы движутся вместе). Оба являются возбуждениями одной и той же кристаллической решетки. Оба подчиняются одним и тем же фундаментальным уравнениям. Но их энергии различаются на порядки, и ни один из них не может плавно переходить в другой. Это разные моды, а не разные значения одной и той же моды. Инфляционный скаларон и поле экранирования на поздних стадиях являются космологическими эквивалентами оптических и акустических фононов: разные моды одного и того же упругого вакуума, появляющиеся на разных масштабах кривизны. Иерархия масс — это не проблема, которую нужно решить. Это особенность, которую следует ожидать.
После того, как иерархия масс была разрушена, а совместимость с КМБ установлена, модель упругого вакуума прошла самое требовательное испытание. Модель не противоречит наиболее точно измеренному сигналу во всей физике. Она воспроизводит его, по правильным причинам, без дополнительных параметров. Отклонения от модели Lambda-CDM — места, где упругий вакуум впервые дает о себе знать, — проявляются на низких красных смещениях: в интегрированном эффекте Сакса-Вольфа (нагрев фотонов КМБ при их прохождении через расширяющиеся пустоты), в скорости роста структуры и в амплитуде скопления на поздних стадиях. Именно в этих местах модель Lambda-CDM находится под наибольшим наблюдательным давлением — напряжение S8, напряжение Хаббла и аномальные профили пустот, о которых сообщалось в нескольких обзорах.
Стоит отметить, чего в статье не утверждается. В ней не утверждается, что было проведено полное моделирование реликтового излучения с использованием кода Больцмана с учетом модификаций упругого вакуума. Такие вычисления — модификация CAMB или CLASS для включения поля экранирования и его возмущений — еще предстоит сделать, и это явно обозначено как перспективное направление исследований. В статье же аналитически и с помощью оценки порядка величины показано, что модификации подавляются на стадии рекомбинации до уровня, когда они не могут противоречить данным Planck. Полное численное подтверждение укрепило бы этот результат, но не является обязательным для его установления.
Реликтовое излучение говорит «да». Акустические пики остались нетронутыми. Первобытный отпечаток сохранился. А упругий вакуум, тихий и терпеливый в течение первых 380 000 лет космической истории, начинает свою работу только после того, как Вселенная достаточно остынет, чтобы сформировались структуры и чтобы вакуум заметил, что материя организовалась в галактики, нити и пустоты. Фотография чистая. История начинается после того, как была сделана фотография. И какая это история — история структуры, кривых вращения и недостающей массы, — которая начинается в следующей главе.
ГЛАВА ДЕСЯТАЯ: КАК СТРУКТУРА РАЗВИВАЕТСЯ В ЖИВОМ ВАКУУМЕ
Вселенная — это не однородный суп. Это паутина — обширная, нитевидная сеть галактик, скоплений галактик и огромных пустых пространств, простирающаяся на миллиарды световых лет. Если бы вы могли увидеть космос снаружи, он выглядел бы как внутренняя часть губки, или пена в стакане пива, или запутанные нейроны мозга. Плотные нити галактик окружают огромные пузыри почти пустого пространства, и вся структура скреплена узором, который не является ни случайным, ни правильным, а представляет собой нечто более интересное: это застывший отпечаток гравитационного коллапса, действовавшего в течение четырнадцати миллиардов лет на крошечные начальные флуктуации.
В стандартной модели эта структура развивалась исключительно за счет гравитации. Области, которые изначально были немного плотнее среднего, притягивали больше материи, становились еще плотнее и в конечном итоге коллапсировали в галактики и скопления. Области, которые изначально были немного менее плотными, теряли материю в пользу своих более плотных соседей и превращались в пустоты . Этот процесс хорошо изучен в линейной теории — математике малых возмущений, растущих на гладком фоне, — и он широко моделировался с помощью компьютерных симуляций, отслеживающих движение миллиардов частиц под действием их взаимного гравитационного притяжения.
В восьмой статье монографии задается вопрос: как развивается структура, когда вакуум не является пассивным наблюдателем, а активным участником?
Ответ начинается с модели ячейки пустота-кластер — простой, но мощной модели строительного блока Вселенной . Представьте себе сферическую пустоту, окруженную оболочкой из материи. Внутри пустоты почти нет материи, и энергия вакуума находится на своем полном, невозмущенном значении. В оболочке — которая представляет собой нить или кластер в космической паутине — материя плотная, а энергия вакуума подавляется альфа-связью. Пустота и оболочка образуют самодостаточную единицу, миниатюрную вселенную внутри вселенной, и динамику всего космоса можно понять, изучая динамику этой ячейки.
Внутри пустоты энергия вакуума высока, и она приводит к расширению быстрее, чем в среднем. Пустота растет. Внутри оболочки материя концентрируется, и гравитация усиливается за счет вакуумной связи: эффективная гравитационная постоянная равна не просто G, а G, умноженному на величину один плюс два альфа . Оболочка сжимается. Материя падает внутрь от края пустоты, накапливаясь на нити, в то время как пустота расширяется наружу, выталкивая материю дальше в стенки. В результате возникает самоподдерживающийся цикл: пустоты становятся все более пустыми, стенки — более плотными, и космическая паутина становится все более острой.
Модифицированное уравнение роста — математическое выражение, описывающее скорость роста возмущений плотности в этой модели, — отличается от стандартного коэффициентом, зависящим от альфа-фактора и от доли объема Вселенной, занимаемой областями повышенной плотности . На ранних этапах, когда Вселенная была относительно гладкой, а области повышенной плотности занимали большую часть объема, усиление значительно: структура растет быстрее, чем в стандартной модели Lambda-CDM. На поздних этапах, когда области повышенной плотности коллапсировали в тонкие нити, занимающие малую часть общего объема, усиление ослабевает. Вакуумная связь по-прежнему действует локально — внутри каждого скопления, каждой нити, — но ее влияние на крупномасштабное среднее уменьшается, поскольку области, в которых она действует, сжимаются.
Этот эффект объемного взвешивания является зародышем механизма самоэкранирования, который позже был подтвержден N-частичным моделированием как наиболее важный результат программы. Но на уровне статьи № 8 это все еще линейный расчет — приближение, действительное только для малых возмущений. Для реальной проверки потребуется полное нелинейное моделирование, позволяющее миллионам частиц взаимодействовать и формировать структуры без какой-либо линеаризации. Этой теме посвящена следующая глава.
В статье № 8 также выявлена фундаментальная двойственность, лежащая в основе модели. Знак альфа определяет, какое из наблюдательных противоречий смягчается. Если альфа положительна (вакуум подавляется материей), структура растет быстрее на всех эпохах — это объясняет ранние галактики JWST, но потенциально усугубляет противоречие S8. Если альфа отрицательна, рост подавляется — это смягчает S8, но усложняет загадку JWST. Эта двойственность поначалу казалась фатальным недостатком. Как модель может объяснить обе проблемы одновременно? Ответ, как оказалось, заключался в нелинейном экранировании — явлении, которое нельзя было обнаружить с помощью анализа на бумаге, только с помощью компьютера. Положительная альфа усиливает рост повсюду на ранних этапах (когда Вселенная гладкая), но только в областях коллапса на поздних этапах (когда большая часть объема пуста). Раннее усиление решает проблему JWST. Позднее удержание смягчает S8. Но для этого решения потребовались симуляции из статьи № 9 .
В статье также выводятся условия соединения де Ситтера на границе пустота-стенка — математические правила, определяющие, как внутренняя часть пустоты (которая приблизительно представляет собой пространство де Ситтера, экспоненциально расширяющееся под действием энергии полного вакуума) соединяется с внешней стенкой (где концентрируется материя и усиливается гравитация). Эти условия соединения — не просто технические детали. Они определяют резкость краев пустот, профили скоростей галактик вблизи границ пустот и признаки гравитационного линзирования внутренних областей пустот. Все это наблюдаемо. В рамках обзора DESI, который недавно опубликовал свои первые космологические результаты, точно измеряются эти профили пустот, и модель гравитирующего вакуума делает конкретные количественные предсказания относительно того, что она должна обнаружить.
В статье содержится несколько дополнительных предсказаний: усиление интегрированного сигнала Сакса-Вольфа от расширяющихся пустот, кумулятивное гравитационное красное смещение для фотонов, пересекающих внутренние области пустот, и качественно отличающиеся скорости вращения часов внутри пустот по сравнению со стандартной космологией. Каждое из этих предсказаний можно проверить с помощью текущих или планируемых обзоров. Если пустоты расширяются быстрее, чем предсказывает модель Lambda-CDM — а предварительные данные из нескольких обзоров подтверждают это — модель гравитирующего вакуума получит первое прямое наблюдательное подтверждение.
ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ: КОМПЬЮТЕР СКАЗАЛ НЕЧТО НЕОЖИДАННОЕ
В науке бывают моменты, когда компьютер сообщает вам нечто неожиданное и непредсказуемое одними лишь уравнениями. Эти моменты редки и бесценны, потому что они раскрывают физику, скрытую в нелинейных взаимодействиях множества компонентов — физику, которую не может воспроизвести ни один аналитический расчет, каким бы изощренным он ни был. Открытие странных аттракторов в хаотических системах было именно таким моментом. Открытие солитонов в нелинейных волновых уравнениях — еще один. В статье № 9 монографии описывается третий.
Модель концептуально проста. Возьмем виртуальное пространство. Заполним его миллионами частиц, каждая из которых представляет собой сгусток материи. Зададим им начальные положения и скорости, взятые из того же статистического распределения, о существовании которого в ранней Вселенной свидетельствует космическое микроволновое фоновое излучение. Теперь позволим им эволюционировать под действием взаимного гравитационного притяжения, используя стандартный алгоритм сетки частиц, который вычислительные космологи совершенствовали на протяжении десятилетий. Единственное изменение: в областях, где локальная плотность превышает космическую среднюю — в областях повышенной плотности , в формирующихся структурах — гравитационная постоянная увеличивается в один плюс два раза (альфа) . В областях пониженной плотности применяется стандартная гравитация.
Это анзац гравитирующего вакуума, переведенный в код. Это минимальная модификация — несколько строк, измененных в стандартной программе N-частиц. Код был проверен на Lambda-CDM путем установки альфа равным нулю и подтверждения точного воспроизведения стандартных результатов — спектра мощности, функции массы гало, фактора роста, — все в пределах численного шума эталонного теста. Было проведено исследование сходимости на двух разрешениях — 32 кубических и 64 кубических ячейки сетки — чтобы убедиться в устойчивости результатов к численным артефактам. Сходимость по разрешению является критической проверкой: если модифицированная физика зависит от шага сетки, это не физика, а численные расчеты . Результаты сходятся по разрешению . Затем моделирование было запущено для пяти значений альфа, охватывающих диапазон от слегка отрицательного до умеренно положительного, включая режим, предсказанный выводом КХД из статьи № 3a.
Компьютер обнаружил нелинейную самодиагностику.
В линейной теории — расчеты, представленные в статье № 8, — отношение сигма-8 (амплитуда скопления с вакуумной связью, деленная на амплитуду скопления без нее) просто равно единице плюс три альфа . Для альфа, равного 0,03, это дает десятипроцентное увеличение. Десятипроцентное увеличение сигма-8 было бы катастрофой: это разрушило бы противоречие S8, а не разрешило бы его, создав Вселенную, которая гораздо более скопленная, чем наблюдается.
Но моделирование показало нечто иное. Фактическое усиление сигма-8, измеренное по эволюционировавшему распределению частиц, составило всего около трех процентов — в три раза меньше, чем линейное предсказание. Причина красива и, задним числом, очевидна: по мере роста и коллапса структур объемная доля, занимаемая областями повышенной плотности, уменьшается. На ранних этапах, когда Вселенная почти однородна, области повышенной плотности занимают примерно половину объема, и вакуумная связь действует повсеместно. На поздних этапах, после миллиардов лет гравитационного коллапса, области повышенной плотности — филаменты и скопления — занимают небольшую и уменьшающуюся долю общего объема. Вакуумная связь все еще активна внутри каждого скопления, все еще усиливая гравитацию локально. Но ее вклад в крупномасштабное среднее значение разбавляется огромной пустотой, окружающей ее.
Связь ограничивает себя сама. Её не нужно отключать внешним механизмом, фазовым переходом или точно настроенным параметром. Она автоматически экранируется в результате нелинейной динамики гравитационного коллапса. Сам процесс формирования структуры — коллапс областей повышенной плотности в компактные объекты — уменьшает объём, в котором действует вакуумная связь, ограничивая её влияние на космическое среднее.
Этот самофильтр разрешает дуализм JWST–S8, который в статье № 8 был определен как главная проблема модели. На высоких красных смещениях — в ранней Вселенной, когда ведется наблюдение с помощью JWST — доля сверхплотного объема была велика, вакуумная связь усиливала гравитацию в целом, и структуры формировались быстрее, чем в стандартной модели Lambda-CDM. Это в точности то, что наблюдает JWST: галактики, которые слишком массивны, слишком многочисленны и слишком хорошо сформированы для своего космического возраста. На низких красных смещениях — в поздней Вселенной, где измеряется S8 — доля сверхплотного объема уменьшилась, вакуумная связь ограничена небольшой частью космоса, а усиление сигма-8 составляет лишь треть от того, что предсказывает линейная теория. Модель усиливает ранний рост (решая задачу JWST), в то время как на поздних стадиях наблюдается лишь умеренное скопление (соответствуя S8). Та же альфа. Тот же знак. Та же физика. Разные эпохи.
преобразование Фурье Анализ поля плотности, показывающий, насколько выражена структура на каждом пространственном масштабе, выявляет зависящие от масштаба модификации. На больших масштабах (низкие пространственные частоты) отношение модифицированного спектра мощности к стандартному приблизительно постоянно, что согласуется с линейной теорией. На малых масштабах (высокие пространственные частоты), где происходит нелинейный коллапс, модификации усиливаются. Эта зависимость от масштаба является уникальным наблюдательным признаком: такие исследования, как «Эвклид» и обсерватория Веры Рубин, которые будут измерять спектр мощности материи в широком диапазоне масштабов, могут напрямую проверить это предсказание.
Код моделирования приведен в приложении к монографии. Он не является коммерческой тайной. Он не скрыт за платным доступом. Любой специалист по вычислительной космологии может скачать его, запустить, модифицировать и проверить на более сложных моделях с более высоким разрешением и большим количеством частиц. Мы не просим доверия. Мы предоставляем инструменты для проверки. Я считаю, что это правильная позиция для любой теории, которая претендует на то, чтобы бросить вызов стандартной модели: покажите свою работу, поделитесь своим кодом и пригласите мир доказать вашу неправоту.
Открытие нелинейного самоэкранирования стало моментом, когда программа изучения гравитационного вакуума перешла от теоретического предположения к количественной машине предсказаний. До моделирования у нас была структура и выведенная константа связи. После моделирования у нас появился механизм — возникающий, нелинейный и саморегулирующийся — который одновременно разрешил два наиболее существенных противоречия в наблюдательной космологии с помощью одного параметра, выведенного из ядерной физики. Никакой подгонки. Никакой корректировки. Бесплатного обеда не было — но обед окупился сам собой.
Должен признаться, что когда появились первые результаты моделирования, я не сразу понял, что вижу. Отношение сигма-8 оказалось меньше, чем ожидалось. Первой мыслью было, что в коде ошибка. Я проверил код. Я снова запустил бенчмарк Lambda-CDM. Всё было в порядке. Отношение оказалось реальным. Потребовалось несколько дней, чтобы внимательно изучить срезы поля плотности — прекрасные, паукообразные узоры из нитей и пустот, которые создавало моделирование, — прежде чем объяснение стало ясным: связь ограничивалась сжимающимся сверхплотным объемом. Физика делала что-то более разумное, чем я от неё требовал. Это лучший результат в науке: тот, когда Вселенная говорит тебе то, о чём ты не знал, как спросить.
ГЛАВА ДВЕНАДЦАТАЯ: ТЕЛЕСКОП, РАЗРУШИВШИЙ СТАРУЮ МОДЕЛЬ
В Рождество 2021 года космический телескоп Джеймса Уэбба был запущен из Французской Гвианы на борту ракеты Ariane 5. Он достиг точки L2, расположенной примерно в 1,5 миллионах километров от Земли, где развернул свое золотое зеркало — шесть с половиной метров в диаметре, самое большое из когда-либо отправленных в космос — и направил свои инфракрасные «глаза» к краю наблюдаемой Вселенной.
Увиденное потрясло астрономическое сообщество.
Спустя несколько недель после начала научных исследований телескоп JWST обнаружил галактики с красным смещением выше десяти — галактики, существовавшие менее чем через четыреста миллионов лет после Большого взрыва. Это было ожидаемо. Неожиданными оказались их размер, масса и степень зрелости. Это были не крошечные, хаотичные протогалактики , которые предсказывала стандартная модель для столь ранних времен. Они были массивными, хорошо организованными, а в некоторых случаях содержали звезды, которые, по-видимому, образовались еще раньше, отодвигая временную шкалу к точке, где стандартная модель едва ли могла объяснить вообще какое-либо формирование галактик.
Майкл Бойлан- Колчин , уважаемый астрофизик, опубликовал в журнале Nature Astronomy статью под названием «Стресс-тестирование модели Lambda-CDM с помощью кандидатов в галактики с высоким красным смещением», в которой он показал, что самые массивные галактики, наблюдаемые с помощью телескопа JWST, находятся в значительном противоречии с предсказаниями стандартной модели. Проблема была не незначительной. Для некоторых наблюдаемых галактик требовалась эффективность звездообразования, близкая к ста процентам — это означало, что практически вся доступная барионная материя в их гало должна была превратиться в звезды, без остатка газа, без обратной связи, без неэффективности. В реальной Вселенной эффективность звездообразования обычно составляет от десяти до тридцати процентов. Несоответствие было очевидным.
Астрономическое сообщество отреагировало смешанным чувством волнения и тревоги. Волнение было вызвано тем, что телескоп JWST превзошел все ожидания и показал Вселенную, более богатую и сложную, чем кто-либо мог себе представить. Тревога же была вызвана тем, что стандартная модель — основа, которая так хорошо служила космологии на протяжении четверти века, — подвергалась проверке именно тем способом, который, по мнению теоретиков, должен был указывать на появление новых физических явлений.
В статье № 10 монографии выдвигается предположение, что новая физика уже была разработана.
Модель гравитационного вакуума предсказывала ещё до запуска телескопа JWST, что формирование структур в ранней Вселенной должно быть усилено. Механизм прост. В раннем космосе, когда плотность материи была высока, связь вакуума и материи усиливала эффективную гравитационную постоянную внутри областей с повышенной плотностью . Структуры коллапсировали быстрее. Газ охлаждался быстрее. Звёзды формировались раньше. Чёрные дыры росли быстрее. Коэффициент усиления — примерно один плюс три альфа на высоких красных смещениях, где объёмная доля областей с повышенной плотностью была велика — невелик в процентном отношении, но огромен по своим последствиям, поскольку на высоких красных смещениях даже небольшое увеличение скорости роста распространяется экспоненциально вперёд во времени.
Представьте это как сложные проценты. Сберегательный счет, приносящий пять процентов годовых вместо трех, через год не приведет к существенной разнице в балансе. Но через сто лет разница будет ошеломляющей. Аналогично, умеренное увеличение эффективной гравитационной постоянной в первые несколько сотен миллионов лет космической истории — эпоху, которую наблюдает JWST, — приводит к появлению галактик, которые значительно массивнее, многочисленнее и зрелее, чем предсказывает стандартная модель. Увеличение не обязательно должно быть большим. Оно просто должно начаться достаточно рано и действовать последовательно. Сложные проценты гравитации, начисляемые в течение четырехсот миллионов лет с повышенной скоростью, приводят именно к появлению преждевременных гигантов, которые обнаружил JWST.
В статье № 10 представлена метафора пивной пены — четвёртый и последний образ в нашем арсенале, и, пожалуй, самый интуитивно понятный. Налейте пиво в стакан и посмотрите, как оседает пена. Пузырьки — это пустоты. Тонкие плёнки жидкости между пузырьками — это нити. Места соединения трёх или более плёнок — это скопления. Галактики — это не объекты, находящиеся в пустом пространстве; это конденсаты на стенках пены , удерживаемые на месте давлением вакуумных пузырьков по обеим сторонам.
В ранней Вселенной пена была плотнее: пузырьки были меньше, пленки толще, а давление выше. Структуры формировались быстрее в более плотной пене по той же причине, по которой скороварка готовит быстрее, чем открытая кастрюля — более высокое окружающее давление ускоряет процесс. По мере расширения Вселенной и истончения пены пузырьки становились больше, пленки тоньше, а давление падало. Механизм, который обеспечивал быстрое формирование ранних структур, естественным образом исчез, без какого-либо внешнего воздействия, без каких-либо новых параметров. Ранняя Вселенная была скороваркой. Поздняя Вселенная — это открытая кастрюля. И переход между ними определяется тем же альфа-ритмом, той же физикой, той же историей расширения — просто разной плотностью.
В статье также объясняется, почему этот механизм самозавершается. По мере расширения Вселенной плотность материи падает, а связь с вакуумом ослабевает. Усиление, которое привело к быстрому формированию ранних структур, естественным образом исчезает по мере истончения Вселенной. Нет необходимости в отдельном механизме для его выключения, нет эпохи перехода, нет нового параметра. Ранняя Вселенная была как скороварка. Поздняя Вселенная — как открытый котёл. И переход между ними регулируется одним и тем же альфа-ритмом, одной и той же физикой, одной и той же историей расширения.
Одна из самых поразительных особенностей статьи № 10 — её педагогическая ясность. Она написана так, чтобы её могли понять не только космологи, но и любой физик, а её центральный аргумент можно резюмировать в одном абзаце: космологическая постоянная приводит к расширению пространства, равномерно и повсюду. Энергия вакуума приводит к перемещению материи, локально и неоднородно . Это разные процессы, с разной физикой, действующие в разных масштабах. Их смешение — как это было предложено сделать в связи с идентификацией Зельдовича 1967 года — сводит два различных явления к одному, и в результате получается модель, которая не может объяснить то, что наблюдает JWST. Разделение восстанавливает различие , и ранние галактики встают на свои места.
Результаты, полученные с помощью телескопа JWST, изменили наблюдательный ландшафт космологии. Впервые мы получили прямые доказательства того, что объяснение формирования ранних структур в рамках стандартной модели является неполным. Модель гравитирующего вакуума не претендует на звание единственно возможного решения — существуют и другие предложения, от модифицированных моделей звездообразования до моделей экзотической темной материи. Но это единственное предложение, которое выводит свой центральный параметр из ядерной физики, одновременно объясняет ранние галактики и противоречие S8, и не использует никаких новых частиц или сил. Телескоп, который опроверг старую модель, возможно, также указал путь к новой.
ГЛАВА ТРИНАДЦАТАЯ: ДВА ПУТИ К ГИГАНТСКОЙ ЧЁРНОЙ ДЫРЕ
До появления галактик, до появления звёзд, до появления чего-либо узнаваемого в космосе существовали облака. Огромные, рассеянные облака из первородного водорода и гелия, дрейфующие во тьме ранней Вселенной, ничем не освещённые, сформированные лишь слабым притяжением гравитации и угасающим свечением космического микроволнового фона.
Судьба этих облаков — один из величайших вопросов астрофизики. Некоторые из них коллапсировали и распались на скопления звёзд — первые звёздные популяции, известные как Популяция III, которые яростно и недолго горели, засеивая космос тяжёлыми элементами, прежде чем погибнуть в эффектных взрывах сверхновых. Другие, при определённых условиях, коллапсировали, не распадаясь, — падая непосредственно на отдельные сверхмассивные объекты, которые стали зародышами гигантских чёрных дыр, которые мы сейчас наблюдаем в центрах галактик.
Проблема в том, что второй путь — прямой коллапс — чрезвычайно сложен для осуществления. Коллапсирующее облако, естественно, стремится к фрагментации. При сжатии оно нагревается, и тепло создает давление, которое препятствует дальнейшему коллапсу. В облаке, обогащенном металлами, частицы пыли эффективно отводят это тепло, позволяя облаку остыть, потерять свою поддерживающую силу давления и распасться на части. Каждая часть превращается в звезду. Это путь фрагментации, и он приводит к образованию обычных звезд, а не сверхмассивных черных дыр.
Чтобы избежать фрагментации и достичь прямого коллапса, облако должно оставаться горячим — достаточно горячим, чтобы поддерживать высокую массу Джинса (минимальную массу, необходимую для того, чтобы гравитационный коллапс преобладал над тепловым давлением). В стандартной модели это требует точно настроенного внешнего источника ультрафиолетового излучения на нужной частоте — в полосе Лаймана-Вернера — для разрушения молекулярного водорода, который в противном случае охладил бы облако. Без этого источника излучения, который должен исходить из близлежащей области звездообразования, расположенной на нужном расстоянии и обладающей нужной светимостью, путь прямого коллапса не работает. Стандартная модель может создавать зародыши сверхмассивных черных дыр, но только в редких, благоприятных условиях.
Телескоп JWST обострил эту проблему. Он обнаружил сверхмассивные черные дыры на красных смещениях выше семи — менее чем через миллиард лет после Большого взрыва — с массами от миллионов до миллиардов солнечных масс. Выращивание этих монстров из маленьких зародышей с помощью стандартного процесса аккреции, ограниченного теоремой Эддингтона, требует времени, а имеющегося времени недостаточно. Если бы сами зародыши были массивными — сто тысяч солнечных масс или больше — сроки роста стали бы осуществимыми. Но для образования таких массивных зародышей необходим путь прямого коллапса, а путь прямого коллапса требует точно настроенного внешнего излучения.
В статье № 11 монографии задается вопрос: что, если вакуум обеспечит недостающий компонент?
В статье прослеживается эволюция единого первичного газового облака в рамках трех сценариев, тщательно обозначенных как мысленные эксперименты. В сценарии А облако имеет следовую металличность и стандартный вакуум. Охлаждение, вызванное пылью, приводит к фрагментации, и облако распадается на скопление звезд, некоторые из которых оставляют после себя черные дыры звездной массы от десяти до ста солнечных масс. Это стандартный, хорошо изученный путь. В сценарии В облако имеет нулевую металличность и стандартный вакуум. Без металлов нет охлаждения пылью, и если присутствует источник Лаймана-Вернера, облако может коллапсировать непосредственно в сверхмассивную звезду, которая быстро коллапсирует в черную дыру массой от десяти до ста тысяч солнечных масс. Это стандартный путь прямого коллапса, тонко настроенный и редкий.
В сценарии C — новом варианте — облако имеет нулевую металличность и повышенную энергию вакуума, предсказанную моделью гравитирующего вакуума. На красном смещении двенадцать плотность энергии вакуума была примерно в 1700 раз выше, чем сегодня (то есть один плюс двенадцать в кубе). Этот более плотный вакуум оказывает дополнительное изотропное сжатие на облако, сжимая его со всех сторон, подобно гидрокостюму глубоководного водолаза под давлением воды. Дополнительное сжатие дополняет собственную гравитацию облака, уменьшает критическую массу для коллапса и ускоряет время коллапса. Требование Лаймана-Вернера ослабляется, поскольку облаку не требуется внешнее излучение для поддержания высокой температуры — вакуумное удержание предотвращает его фрагментацию, повышая эффективную массу Джинса.
Цифры говорят сами за себя. В сценарии B, стандартном пути прямого коллапса, время коллапса от облака массой в сто тысяч солнечных масс до сверхмассивной звезды составляет около пятидесяти миллионов лет, и для этого требуется точно настроенный источник Лаймана-Вернера в узком диапазоне расстояний. В сценарии C, пути с повышенным вакуумом, этот временной масштаб короче в несколько раз, зависящий от плотности энергии вакуума на красном смещении облака, а ограничение Лаймана-Вернера либо ослабляется, либо полностью снимается. Преимущество во времени роста, которое имеет зародыш по сценарию C по сравнению с зародышем по сценарию A (который должен ждать, пока предыдущее поколение звезд обогатит газ, прежде чем фрагментация сможет произвести черные дыры звездной массы), составляет примерно девяносто миллионов лет. В сочетании с более высокой скоростью аккреции общее преимущество в массе черной дыры в любой данный космический момент времени составляет несколько тысяч раз.
В результате возникает универсальный путь к образованию зародышей сверхмассивных черных дыр, не зависящий от удачной близости источника излучения, и самозавершающийся, поскольку энергия вакуума рассеивается по мере расширения Вселенной. В ранней Вселенной, когда были необходимы зародыши черных дыр, давление вакуума было высоким. В поздней Вселенной, когда зародыши уже выросли в наблюдаемых нами монстров, давление стало пренебрежимо малым. Этот механизм включается и выключается сам по себе без какого-либо внешнего вмешательства, подчиняясь той же альфа-ритму и той же истории расширения, которые определяют все остальные предсказания в программе.
В статье предельно честно говорится о её ограничениях. Сценарий C представляет собой условный мысленный эксперимент: если выполняются три предпосылки (вакуум и космологическая постоянная — разные явления; вакуум был плотнее в ранней Вселенной; вакуум оказывает суммарное давление на концентрацию материи), то следуют соответствующие следствия. Если какая-либо из предпосылок не выполняется, то сценарий не выполняется. В статье не утверждается, что сценарий C доказан. В ней утверждается, что если концепция гравитирующего вакуума верна, то образование зародышей сверхмассивных чёрных дыр становится естественным, а не искусственно созданным процессом, и наблюдения JWST предсказываются, а не подтверждаются.
К гигантской чёрной дыре ведут два пути. Один требует удачи. Другой требует, чтобы вакуум делал то, что он должен делать, если он притягивается к определённой области.
Рецензирование статьи № 11 было необычайно строгим — два полных раунда, в ходе которых рецензент оспаривал каждое предположение, каждый расчет и каждое утверждение. Рецензент счел переработанный рукописный вариант «существенно улучшенным» и назвал честное столкновение с ограничениями самой модели «замечательным примером самокритики». Вот как выглядит наука, когда она работает должным образом: не триумфальное шествие к заранее определенному выводу, а переговоры между надеждами автора и скептицизмом рецензента, проводимые открыто, с рассмотрением каждого возражения и признанием каждой слабости. Путь к гигантской черной дыре вымощен не уверенностью, а тщательно сформулированными условиями — и готовностью следовать за ними, куда бы они ни привели.
ГЛАВА ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ: ПОЧЕМУ ГАЛАКТИКИ ВРАЩАЮТСЯ СЛИШКОМ БЫСТРО
В 1970-х годах Вера Рубин и Кент Форд направили спектрограф на галактику Андромеды и измерили скорости звёзд на разных расстояниях от центра. Полученные ими данные навсегда изменили космологию.
В галактике, управляемой только гравитацией видимых звёзд и газа, скорости должны уменьшаться с расстоянием от центра, подобно тому как внешние планеты Солнечной системы вращаются медленнее, чем внутренние. Это кеплеровское вращение — естественное следствие ньютоновской гравитации в системе, где большая часть массы сосредоточена в центре. Но Рубин и Форд обнаружили, что звёзды на окраинах Андромеды двигались с той же скоростью, что и звёзды вблизи центра. Кривая вращения оказалась пологой.
Это был не просто незначительный эффект или незначительное несоответствие. Это был драматический, однозначный провал кеплеровского предсказания. Внешние звезды двигались слишком быстро, чтобы удерживаться на орбите только за счет гравитации видимой материи. Либо закон гравитации Ньютона был неверен в галактических масштабах, либо существовало большое количество невидимой массы, обеспечивающей дополнительное гравитационное притяжение.
Астрономическое сообщество выбрало второй вариант. Невидимая масса получила название «темная материя», и с тех пор она доминирует в космологической теории. В стандартной модели каждая галактика окружена огромным гало из частиц темной материи — холодных, бесстолкновительных , не взаимодействующих со светом — простирающихся далеко за пределы видимого диска и обеспечивающих гравитационную опору, которая удерживает галактику вместе.
В статье № 12 монографии — модели захвата вакуума — предлагается иное объяснение. Недостающая масса — это не частица. Это квантовый вакуум, захваченный внутри гравитационной потенциальной ямы галактики.
Аргумент строится на всем, что было сказано ранее. Вакуум обладает энергией (эффект Казимира). Энергия обладает массой (специальная теория относительности). Масса обладает гравитацией (общая теория относительности). Внутри галактики, где космическое расширение подавляется гравитационной связью, энергия вакуума оказывается в ловушке. Ее гравитация не компенсируется — внутри галактики нет космологического расширения, которое бы ее компенсировало. Вакуум свободно гравитирует, добавляя свою массу к гравитационному балансу галактики. Звезда на краю галактики реагирует на всю заключенную в ней массу: видимую материю, компактные остатки и захваченный вакуум. Она не может их различить.
В статье вводится понятие вакуумной эргосферы — области вокруг галактики, где скорость убегания равна скорости расширения Хаббла. Внутри этой границы материя и вакуум гравитационно связаны. Снаружи они участвуют в космическом расширении. Граница резкая: фазовый переход между связанным и расширяющимся вакуумом. Это край гравитационной области галактики, и он определяется не произвольным ограничением, а физическим условием — балансом между гравитационной связью и космическим расширением. Название « эргосфера » заимствовано из физики черных дыр, где оно обозначает область непосредственно за горизонтом событий, где пространство-время увлекается за собой вращением. В модели захвата вакуума галактическая эргосфера — это область, где пространство-время вытягивается из потока Хаббла гравитацией галактики. Аналогия более чем поэтична: в обоих случаях граничное условие на геометрию пространства-времени определяет судьбу энергии и материи.
Модель имеет три компонента массы. Во-первых, видимые барионы: звезды, газ, пыль, все, что излучает или поглощает свет. Это масса, которую мы можем видеть и подсчитывать, обычно около пяти процентов от общей динамической массы. Во-вторых, компактные остатки звезд: белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры, коричневые карлики и холодный неизлучающий газ — накопленные обломки десяти миллиардов лет звездной эволюции, слишком тусклые, чтобы их увидеть, но гравитационно присутствующие. Их общий вклад оценивается в пятнадцать-двадцать процентов недостающей массы. В-третьих, захваченный вакуум: энергия вакуума, заключенная внутри эргосферы , распределяемая в соответствии с гравитационным потенциалом, обеспечивающая оставшиеся восемьдесят-восемьдесят пять процентов.
Захваченный вакуум распределен неравномерно. Он следует гравитационному потенциалу галактики, концентрируясь там, где потенциал наиболее глубокий, и истончаясь там, где он поверхностный. Это создает профиль плотности, приблизительно изотермический — убывающий обратно пропорционально квадрату расстояния от центра, — что в точности соответствует профилю, необходимому для получения плоской кривой вращения. Модель не навязывает этот профиль. Она выводит его из самосогласованного уравнения, описывающего распределение энергии вакуума в гравитационном потенциале. Плоская кривая вращения — это не входной параметр, а выходной.
Результаты поразительны. Модель воспроизводит барионное соотношение Талли-Фишера — наблюдаемую корреляцию между светящейся массой галактики и четвертой степенью ее скорости вращения. В парадигме темной материи эта корреляция является необъяснимым совпадением, требующим настройки механизмов обратной связи для каждой галактики отдельно. В модели захвата вакуума это происходит автоматически: отклик вакуума пропорционален барионной массе, поэтому более яркие галактики захватывают больше вакуума и вращаются быстрее, точно в наблюдаемом соотношении.
Модель также воспроизводит соотношение радиального ускорения — тесную корреляцию между наблюдаемым гравитационным ускорением в галактике и ускорением, предсказанным только на основе барионной массы. Характерный масштаб ускорения, при котором эти два параметра расходятся, не определяется. Он выводится из космологической постоянной и гравитационной постоянной Ньютона, давая приблизительно десять в степени минус десять метров в секунду в квадрате — наблюдаемое значение, рассчитанное из первых принципов.
И наконец, самое примечательное предсказание: галактики без темной массы. В 2018 году астрономы обнаружили две галактики — NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4 — которые, как оказалось, содержали мало или совсем не содержали темной материи. Их звезды двигались со скоростями, соответствующими гравитации только видимой материи. В парадигме темной материи эти галактики вызывают глубокое смущение: если темная материя — это частица, которая пронизывает все пространство, почему у некоторых галактик ее нет? Были предложены сложные объяснения, включающие приливное срывание более крупным соседом. В модели захвата вакуума объяснение естественно: DF2 и DF4 — спутники группы NGC 1052. Они вращаются внутри вакуумной эргосферы родительской группы. Вакуум в их окрестностях уже захвачен более крупным гравитационным потенциалом группы. Для спутников не осталось незахваченного вакуума. По всей видимости, им не хватает тёмной массы, поскольку вакуум вокруг них уже занят.
В статье трехкомпонентная модель применяется к галактике Андромеды — ближайшей крупной спиральной галактике и наиболее тщательно изученной галактике за пределами Млечного пути — и показано, что баланс масс замкнут. Видимые барионы, оцененная популяция компактных остатков и самосогласованный профиль вакуума вместе объясняют наблюдаемую кривую вращения от центра до самой внешней измеренной точки. Частицы темной материи не требуются. Свободные параметры не корректируются. Константа связи альфа та же, что и полученная из ядерной физики в статье № 3а.
Вера Рубин посвятила свою карьеру утверждению, что Вселенная полна невидимой материи . Она была права — и она была права, борясь за признание в области, которая на протяжении большей части её карьеры открыто враждебно относилась к женщинам. Она была права в том, что галактики вращаются слишком быстро, чтобы их видимая масса могла это объяснить. Она была права в том, что недостающая масса реальна и имеет гравитационное значение. Она была права в том, что проблема универсальна, а не ограничивается несколькими необычными галактиками. Единственный вопрос — вопрос, на который она не могла ответить с помощью технологий своего времени и который остаётся открытым и сегодня, — это что же представляет собой недостающая масса. В этой главе предполагается, что это не частица, ожидающая открытия в подземной лаборатории. Это квантовый вакуум — ткань пустого пространства — делающая то, что она всегда делала, то, что уравнения всегда гласили, что она должна делать: гравитировать.
ГЛАВА ПЯТНАДЦАТАЯ: ТЯЖЕСТЬ ПУСТОТЫ
Космические пустоты — это самые большие структуры во Вселенной. Они не так известны — всё внимание приковано к галактикам и чёрным дырам, — но они доминируют в объёме космоса. Исследования распределения галактик показали, что большая часть пространства пуста. Не просто разрежена, не малонаселёна, а действительно лишена галактик на расстояниях в сотни миллионов световых лет . Эти пустоты разделены тонкими стенками и нитями галактик — космической паутиной — и вся структура напоминает пену, где пустоты — это пузырьки, а галактики — плёнка между ними.
В стандартной модели пустоты пассивны. Это просто места, где нет материи. Гравитация вытягивает материю из пустот в нити, оставляя пустоты пустыми за счет вычитания. Пустоты не толкают. Они не действуют. Они являются остатками гравитационного коллапса.
В статье № 13 монографии предлагается совершенно иная точка зрения: пустоты — это наиболее гравитационно активные области во Вселенной.
Логика проста. Если плотность энергии вакуума максимальна там, где отсутствует материя — что непосредственно следует из связи вакуума и материи, — то пустоты заполняются энергией вакуума в её полном, несвязанном значении. Эта энергия имеет массу. Эта масса притягивает. Но поскольку масса равномерно распределена внутри пустоты, она не коллапсирует в структуру. Вместо этого она оказывает внешнее давление на стенки пустоты, проталкивая материю дальше в волокна. Пустоты не пассивны. Они являются двигателями космической архитектуры, активно формирующими распределение материи в самых больших масштабах.
Представьте себе пустоты как надувающиеся внутри пены воздушные шарики. Каждый шарик давит на соседние, сжимая стенки пены. Стенки — это нити. Соединения — это кластеры. Структура пены определяется не только стенками, но и давлением шариков. Уберите шарики, и пена схлопнется. В модели гравитационного вакуума, если убрать энергию вакуума из пустот, космическая сеть потеряет свою движущую силу.
В статье № 13 выводится профиль плотности космической пустоты в модели гравитирующего вакуума. Внутренняя часть приблизительно представляет собой пространство де Ситтера — геометрию пространства-времени, в которой преобладает энергия вакуума, расширяющегося экспоненциально. Граница представляет собой фазовый переход: внутри пустоты вакуум свободен и расширяется; снаружи, в нитях, вакуум подавляется материей и гравитационно связан. Резкость этого перехода определяет крутизну краев пустоты — величину, которую можно измерить с помощью обзоров галактик и сравнить с предсказаниями модели. Современные обзоры, включая эксперимент DESI и обзор темной энергии, позволяют с возрастающей точностью картировать профили пустот, и модель гравитирующего вакуума делает конкретные количественные предсказания относительно того, что они должны обнаружить: более резкие края, чем предсказывает Lambda-CDM, поскольку фазовый переход вакуума создает настоящую границу, а не постепенное снижение плотности.
Фотоны, проходящие через пустоту, также несут информацию об энергии вакуума внутри неё. Когда фотон входит в пустоту, он падает в гравитационную потенциальную яму, созданную энергией вакуума пустоты, и получает небольшое количество энергии (синее смещение). Выходя, он поднимается обратно и теряет энергию (красное смещение). В статической Вселенной эти два эффекта полностью компенсировали бы друг друга. Но пустота расширяется — потенциал углубляется, пока фотон пересекает её, — поэтому фотон выходит с чистым увеличением энергии. Это интегрированный эффект Сакса-Вольфа, и он вызывает характерное нагревание космического микроволнового фона в направлении больших пустот. В модели гравитирующего вакуума пустоты расширяются быстрее, чем в модели Lambda-CDM (потому что энергия вакуума внутри них выше), поэтому сигнал ISW должен усиливаться. Это чистое, проверяемое предсказание.
В статье также рассматривается одно из самых известных доказательств существования темной материи: скопление галактик «Пуля». В 2006 году астрономы наблюдали два скопления галактик, которые недавно столкнулись. Столкновение отделило барионный газ (который замедлился из-за электромагнитного трения) от гравитационной массы (которая прошла сквозь него беспрепятственно). Разница между газом и гравитацией была принята за доказательство существования темной материи: невидимого, бесстолкновительного вещества, которое переносит гравитационную массу, но не взаимодействует с газом.
В модели вакуумного захвата смещение объясняется иначе. При столкновении двух скоплений барионный газ подвергается ударной волне и замедляется — это соответствует стандартной физике. Но вакуумная эргосфера — область захваченной вакуумной энергии, окружающая каждое скопление, — не является веществом, которое может быть подвергнуто ударной волне. Это свойство гравитационного потенциала. Когда скопления проходят друг сквозь друга, их гравитационные потенциалы накладываются и деформируются, и вакуумная эргосфера следует за потенциалом, а не за газом. В результате возникает смещение между барионным газом (который отстает ) и гравитационной массой (которая включает вакуумную эргосферу и движется вместе с потенциалом ). Морфология соответствует наблюдениям, не требуя наличия частицы темной материи.
Это один из важнейших тестов модели. Кластер Пуля долгое время считался решающим доказательством против теорий модифицированной гравитации и в пользу теории темной материи. Если модель захвата вакуума сможет воспроизвести наблюдаемую морфологию линзирования — пространственное распределение гравитационной массы, выведенное из искривления света кластером, — она пройдет проверку на то, что ни одна теория модифицированной гравитации не выжила. В монографии представлен качественный аргумент в пользу возможности воспроизведения ; полное численное моделирование слияния кластеров с вакуумной связью определяется как приоритетное направление будущих исследований.
Название статьи № 13 — « Гравитация пустоты» — намеренно провокационно. В стандартной модели пустота не обладает гравитацией. Пустоты — это пустоты. Ничто — это ничто. В модели гравитирующего вакуума пустота является наиболее гравитационно значимой субстанцией во Вселенной. Пустоты наполнены энергией вакуума. Вакуум обладает массой. Масса формирует космос. Гравитация пустоты — это не парадокс. Это физика Вселенной, в которой квантовый вакуум — это не просто фоновая сцена, на которой действует материя, а активный игрок со своей собственной гравитационной ролью.
Мы привыкли считать Вселенную в основном пустой. Модель гравитационного вакуума предполагает, что Вселенная в основном заполнена — заполнена энергией ничего, массой пустоты, гравитацией пустоты. И именно эта гравитация, действующая в самых больших масштабах, придает космосу его структуру, его нити, его стены и его огромные пустые пространства, которые на самом деле вовсе не пусты.
Здесь присутствует философский аспект, которого трудно избежать. На протяжении веков западная наука исходила из неявного предположения, что пустота является состоянием Вселенной по умолчанию — что «ничто» не требует объяснения, и нужно учитывать только «нечто». Гравитационный вакуум переворачивает это предположение. Вакуум — это не ничто. Это самое энергетическое состояние из всех — состояние, в котором находилась бы Вселенная, если бы удалить каждый атом, каждый фотон, каждую частицу. И удаление частиц не удаляет энергию. Оно её высвобождает. Гравитация пустоты — это не парадокс и не игра слов. Это физический факт, который можно вывести из тех же уравнений, которые предсказывают силу Казимира, лэмбовский сдвиг и излучение чёрных дыр. Вселенная полна гравитации ничто, и ничто, как оказалось, — это самое тяжёлое, что существует.
ГЛАВА ШЕСТНАДЦАТАЯ: НЕДОСТАЮЩИЕ ПЯТНАДЦАТЬ ПРОЦЕНТОВ
Модель захвата вакуума, разработанная в статье № 12, объясняет примерно восемьдесят-восемьдесят пять процентов недостающей массы галактик. Захваченный вакуум — квантовая энергия вакуума, удерживаемая внутри гравитационной эргосферы , — вносит основной вклад в дополнительную гравитацию, которая сглаживает кривые вращения, искривляет свет вокруг скоплений и удерживает космическую сеть вместе.
Но восемьдесят пять процентов — это не сто процентов. Остаётся остаток — от пятнадцати до двадцати процентов недостающей массы, которую вакуум не покрывает. Откуда он берётся?
В статьях № 14 и № 15 монографии дается ответ на этот вопрос путем переписи того, что можно назвать скрытым барионным сектором: обычной материи в формах, которые чрезвычайно трудно обнаружить. Не экзотические частицы. Не новая физика. Просто накопившиеся обломки десяти миллиардов лет звездной эволюции, скрывающиеся на виду.
Рассмотрим, что происходит со звездой, когда она умирает. Звезда, подобная Солнцу, заканчивает свою жизнь в виде белого карлика — плотного остатка размером с Землю, который медленно остывает и угасает в течение миллиардов лет. Более массивная звезда коллапсирует в нейтронную звезду — объект размером с город, настолько плотный, что чайная ложка его вещества весила бы миллиард тонн. Самые массивные звезды коллапсируют в чёрные дыры — объекты настолько компактные, что даже свет не может из них вырваться. А ниже порога звёздного зажигания существуют коричневые карлики: неудавшиеся звёзды, которые так и не достигли достаточной массы для поддержания ядерного синтеза, тускло светящиеся в инфракрасном диапазоне и исчезающие.
Все эти объекты состоят из обычной барионной материи. Они подчиняются Стандартной модели. Они обладают массой и гравитацией. Но их чрезвычайно трудно увидеть. Холодный белый карлик после десяти миллиардов лет охлаждения почти не излучает свет. Нейтронная звезда, если только это не пульсар, излучающий радиоволны в нашем направлении, невидима. Звездная черная дыра, если она не активно аккрецирует материю от компаньона, обнаруживается только по своим гравитационным эффектам. А коричневые карлики, по определению, слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть на значительном расстоянии.
Млечный Путь формировал звёзды более десяти миллиардов лет. За это время он породил, по оценкам, от двухсот до трёхсот миллиардов звёзд. Большинство из них уже погибли. Вопрос: куда они делись? Ответ прост: они всё ещё здесь — превратились в компактные остатки, слишком тусклые, слишком холодные или слишком плотные, чтобы их можно было обнаружить с помощью современных инструментов, но чья суммарная масса имеет значительное гравитационное воздействие.
В статьях № 14 и № 15 приводится подробная перепись. Численность белых карликов в Млечном пути оценивается примерно в десять миллиардов, а их общая масса составляет около шести миллиардов солнечных масс. Это остатки звёзд, подобных нашему Солнцу — звёзд, которые горели непрерывно в течение десяти миллиардов лет, а затем сбросили свои внешние слои, оставив после себя плотное ядро размером с Землю, которое медленно остывает в течение космического времени. После десяти миллиардов лет остывания температура поверхности самых старых белых карликов опускается ниже 4000 Кельвинов, а их светимость составляет менее одной десятитысячной части солнечной. Они существуют, но по сути невидимы.
Число нейтронных звёзд составляет около миллиарда, их общая масса — примерно 1,4 миллиарда солнечных масс. Это сжатые ядра массивных звёзд, взорвавшихся в результате сверхновых — объектов диаметром всего около двадцати километров, вращающихся сотни раз в секунду и обладающих магнитными полями в триллион раз сильнее земного. Некоторые из них обнаруживаются как пульсары, распространяющие свои радиолучи по небу подобно космическим маякам. Но подавляющее большинство замедлило вращение и остыло, их радиоизлучение ослабло до нуля, и их присутствие можно обнаружить только в том случае, если они случайно пройдут перед более далёким источником света.
чёрных дыр — остатков самых массивных звёзд — сложнее, поскольку они обнаруживаются только в двойных системах (где они притягивают материю от звезды-компаньона, испуская рентгеновские лучи) или в результате гравитационно-волновых событий (когда две чёрные дыры сливаются). Детекторы LIGO и Virgo уже зафиксировали десятки слияний чёрных дыр, выявив популяцию объектов с массами от пяти до почти ста солнечных масс. Общая популяция в Млечном пути оценивается в сто миллионов — миллиард, а общая масса составляет несколько миллиардов солнечных масс. Коричневые карлики — неудавшиеся звёзды, которые так и не запустили термоядерный синтез водорода — могут превосходить по численности все остальные звёздные объекты вместе взятые, добавляя несколько миллиардов солнечных масс.
Есть еще одна популяция, заслуживающая особого внимания: черные дыры прямого коллапса из эпохи без металлов. Это объекты, обсуждаемые в тринадцатой главе — массивные зародыши сверхмассивных черных дыр, образовавшихся в ранней Вселенной в результате коллапса, усиленного вакуумом. Не все из них выросли в миллиарды солнечных масс, которые мы наблюдаем в центрах галактик. Некоторые были выброшены из своих гало гравитационным отскоком во время слияний. Некоторые остаются в виде черных дыр промежуточной массы — от десяти до ста тысяч солнечных масс — дрейфующих в гало галактик, обладающих значительной гравитацией, но электромагнитной тишиной.
В сумме все это — белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры, коричневые карлики, холодный газ и остатки прямого коллапса — дает приблизительно от шестидесяти до семидесяти миллиардов солнечных масс для галактики, подобной Млечному Пути. Это согласуется с остаточным значением вакуумной модели: от пятнадцати до двадцати процентов от общей недостающей массы после учета захваченного вакуума.
Это не пробел в теории. Это предсказание — и его можно проверить. Следующее поколение астрономических инструментов специально разработано для обнаружения этих популяций. Космический телескоп Нэнси Грейс Роман будет исследовать инфракрасное небо с беспрецедентной чувствительностью, обнаруживая слабые коричневые карлики и старые белые карлики по всей галактике. ngVLA ( Next-generation Very Large Array) и SKA (Square Kilometre Array) будут картировать холодный газ с разрешением и чувствительностью, недостижимыми для современных инструментов. LISA, космическая обсерватория гравитационных волн, будет обнаруживать черные дыры промежуточной массы по гравитационным волнам, которые они испускают при слиянии. Если скрытый барионный сектор существует в количествах, предсказанных в статьях № 14 и № 15, эти инструменты его обнаружат.
Красота этой составляющей заключается в её обыденности. Никаких новых частиц. Никаких новых сил. Только пепел мертвых звёзд и холодный газ, который так и не стал звёздами. Вселенная состоит не из экзотических веществ. Она состоит из водорода, гелия и остатков ядерного синтеза — тех же элементов, из которых состоят наши тела, наша планета и наше Солнце. Недостающая масса отсутствует не потому, что она странная. Она отсутствует потому, что она тёмная — тёмная в самом буквальном, обыденном смысле: не излучает достаточно света, чтобы мы могли её видеть.
ГЛАВА СЕМНАДЦАТАЯ: СВЕЧА, КОТОРАЯ НЕ МЕРЦАЛА
В 1998 году две независимые группы астрономов — одна во главе с Солом Перлмуттером, другая — с Брайаном Шмидтом и Адамом Риссом — объявили о самом удивительном открытии в современной космологии: расширение Вселенной ускоряется. Далекие сверхновые оказались тусклее, чем ожидалось, а это означало, что они находятся дальше, чем ожидалось, а значит, Вселенная расширялась быстрее, чем ожидалось. Что-то раздвигало космос, и это раздвигание со временем усиливалось.
Инструментом, сделавшим это открытие возможным, стала сверхновая типа Ia — особый вид звездного взрыва, который происходит, когда белый карлик в двойной системе накапливает вещество от своей звезды-компаньона до достижения критической массы, известной как предел Чандрасекара, и детонирует в термоядерном взрыве. Поскольку триггер всегда один и тот же — одна и та же критическая масса, одна и та же ядерная физика — каждая сверхновая типа Ia производит примерно одинаковую пиковую светимость. Они являются «стандартными свечами»: если вы знаете, насколько ярок объект по своей природе, и измеряете его видимую яркость, вы можете рассчитать, как далеко он находится.
Вся космическая шкала расстояний — цепочка измерений, связывающая расстояния до ближайших звезд со скоростью расширения всей Вселенной, — зависит от сверхновых типа Ia на самых высоких ступенях. Если что-либо изменит их яркость — если замигает свеча — шкала расстояний рухнет, а вместе с ней и наши измерения космического ускорения, постоянной Хаббла и возраста Вселенной.
В статье № 16 монографии задается очевидный вопрос: изменяет ли гравитирующий вакуум яркость сверхновых типа Ia? Если плотность энергии вакуума внутри белого карлика изменяется под воздействием материи — как предсказывает связь вакуума и материи — влияет ли это на массу Чандрасекара? Мерцает ли свеча?
Нет. Даже близко нет.
Причина кроется в масштабе. Плотность энергии вакуума, даже при своих космологических значениях, фантастически мала по сравнению с плотностью белого карлика. Плотность белого карлика составляет около миллиона граммов на кубический сантиметр — в миллион раз плотнее воды, в миллион миллионов. миллион Плотность вакуумной энергии в миллион раз выше, чем в среднем по Вселенной. Она составляет примерно десять в степени минус двадцать девять граммов на кубический сантиметр. Соотношение между ними составляет тридцать три порядка величины.
Взаимодействие вакуума и материи изменяет плотность энергии вакуума на долю альфа от локальной плотности материи. Внутри белого карлика это изменение пропорционально больше, чем в галактике, — но пропорционально больше, чем бесконечно малая величина, которая всё ещё бесконечно мала. Относительное изменение массы Чандрасекара составляет приблизительно десять в степени минус двадцать восемь. Это изменение настолько мало, что для того, чтобы сделать его измеримым, потребовался бы белый карлик размером с наблюдаемую Вселенную. Свеча не мерцает . Она даже не дрожит.
Чтобы представить это в перспективе: неопределенность в определении массы Чандрасекара, обусловленная нашими неполными знаниями о скорости захвата электронов во время взрыва, составляет около одного процента. Неопределенность, связанная с составом белого карлика — состоит ли он из углерода и кислорода или из кислорода и неона, — также составляет около одного процента. Вакуумное взаимодействие приводит к относительному изменению, на двадцать шесть порядков меньшему, чем эти известные неопределенности. Это все равно что беспокоиться о весе пера, стоя на планете.
Этот результат важен по двум причинам. Во-первых, он сохраняет космическую шкалу расстояний. Измерения космического ускорения, за которые Перлмуттер, Шмидт и Рисс получили Нобелевскую премию в 2011 году, остаются действительными в рамках модели гравитационного вакуума. Вселенная ускоряется, расстояния верны, а постоянная Хаббла — это то, что мы считаем, за исключением сохраняющегося противоречия между измерениями ранней и поздней Вселенной, что является отдельной проблемой, которую модель гравитационного вакуума может помочь разрешить благодаря модифицированной истории роста. Модель не вмешивается в установленные наблюдения. Она переинтерпретирует их источник — не темную энергию, а упругое отскок пространства-времени — оставляя данные нетронутыми.
Во-вторых, результат иллюстрирует общий принцип модели гравитирующего вакуума: связь вакуума действует в галактических и космологических масштабах, но совершенно пренебрежимо мала в звездных и планетных масштабах. Это не случайное совпадение. Это следствие иерархии масштабов плотности во Вселенной. Константа связи альфа составляет около 0,005 — она изменяет энергию вакуума на полпроцента от локальной плотности материи. В галактике, где плотность материи сопоставима с плотностью энергии вакуума, эти полпроцента имеют значение. В белом карлике, где плотность материи превышает плотность энергии вакуума на тридцать три порядка, это совершенно несущественно. Динамика Солнечной системы, структура звезд, ядерные реакции, физика элементарных частиц — ничто из этого не затрагивается. Модификация проявляется только тогда, когда объемы огромны, а контрасты плотности носят космологический характер.
Свеча, осветившая путь к темной энергии, не мерцает в гравитационном вакууме. Она горит ровно, как и всегда, измеряя те же расстояния, подтверждая то же ускорение. Меняется только объяснение. И в этом, в конечном счете, заключается суть всего предложения: не изменение того, что мы наблюдаем, а изменение того, что, как нам кажется, мы наблюдаем. Те же данные. Та же точность. Те же измерения, достойные Нобелевской премии. Но другая история о том, что толкает — не таинственная темная энергия, пронизывающая все пространство, а сама упругая ткань пространства-времени, отскакивающая от четырнадцати миллиардов лет накопления материи, наконец-то достаточно освобожденная, чтобы растянуться к плоскому равновесию, к которому она стремилась с самого начала.
Статья № 16 — самая короткая в монографии, и это сделано намеренно. Её посыл прост, а вывод однозначен. Модель гравитационного вакуума не разрушает то, что работает. Она оставляет нетронутой шкалу расстояний, калибровку сверхновых без изменений, а космическое ускорение измерено и подтверждено. Что она меняет, так это то, что находится под поверхностью — интерпретацию, онтологию, историю, которую мы рассказываем о том, почему Вселенная именно такая, какая она есть. Свеча горит. История меняется. И Вселенная, безразличная к нашим историям, продолжает расширяться.
ГЛАВА ВОСЕМНАДЦАТАЯ: ВСЕЛЕННАЯ, КОТОРАЯ ВСЕГДА СУЩЕСТВОВАЛА
Мы достигли конца цепочки. Семнадцать статей, каждая из которых делает шаг вперед по сравнению с предыдущей. От пяти вопросов (статья № 1) через разделение энергии вакуума и космологической постоянной (статья № 1a), через центральную гипотезу (статья № 2), три механизма подавления (статья № 3), вывод альфа-параметра в КХД (статья № 3a), микроскопическую модель (статья № 4), упругий вакуум (статья № 5), инфляцию без инфлатона ( статья № 6), совместимость с КМБ (статья № 7), рост структуры (статья № 8), нелинейное самоэкранирование (статья № 9), предсказания JWST (статья № 10), первичные черные дыры (статья № 11), модель захвата вакуума (статья № 12), гравитацию пустоты (статья № 13), скрытый барионный сектор (статьи № 14/15) и тест сверхновой (статья № 16). Шаг за шагом. Ни один шаг не является большим. Пройденное расстояние действительно очень велико.
Статья № 17 делает заключительный шаг. Это не физическая статья в обычном смысле слова. Это философский синтез — исследование того, что означает, если модель гравитирующего вакуума верна. И это означает нечто более радикальное, чем всё, что было в предыдущих шестнадцати статьях.
Космическая паутина — нитевидная сеть галактик и пустот, которую мы обсуждали на протяжении всей этой книги, — в модели гравитирующего вакуума представляет собой самосогласованную конфигурацию с фиксированной точкой. Это означает, что распределение материи определяет вакуум, вакуум определяет геометрию, геометрия определяет перераспределение материи, и цикл замыкается. Космическая паутина не является конечным продуктом процесса, начавшегося с Большого взрыва и развивавшегося в течение четырнадцати миллиардов лет, чтобы создать структуру, которую мы видим сегодня. Это уникальное решение самосогласованного уравнения — единственная конфигурация, в которой материя, вакуум и геометрия взаимно совместимы.
Это математический результат, доказанный в монографии с использованием теоремы Брауэра о неподвижной точке (которая гарантирует существование решения) и теоремы Банаха о сжимающем отображении (которая гарантирует его единственность). Доказательство строгое. Но его последствия вызывают беспокойство.
Если космическая сеть является единственной неподвижной точкой циклического определения, то она не зависит от начальных условий. Не имеет значения, как началась Вселенная. Неподвижная точка — это аттрактор: любая начальная конфигурация, эволюционировавшая вперед через цикл материя-вакуум-геометрия-материя, сходится к одной и той же космической сети. Первичные флуктуации — крошечные нерегулярности в ранней Вселенной, которые стандартная модель рассматривает как зародыши всей структуры, — не являются причиной космической сети. Они представляют собой лишь начальное возмущение, которое заставляет систему двигаться к своей единственной конечной точке. Разные зародыши порождают одну и ту же сеть, подобно тому как разные начальные условия для шара, катящегося в долину, приводят к одному и тому же конечному положению внизу.
Это решает проблему начальных условий — одну из самых глубоких загадок космологии. В стандартной модели структура Вселенной чувствительно зависит от начальных флуктуаций, а начальные флуктуации зависят от физики инфляции, а физика инфляции зависит от потенциала инфлатона , который неизвестен. Цепочка объяснений уходит назад, в постоянно углубляющуюся тайну. В модели гравитирующего вакуума эта цепочка обрывается. Космическая сеть такова, какая она есть, потому что это единственное, чем она может быть. Начальные условия приводят систему в движение, но они не определяют конечный результат.
А теперь философский скачок. Если космическая сеть представляет собой самосогласованную, независимую от времени структуру — фиксированную точку, существующую как четырехмерный объект, а не как конечная точка временного процесса, — то мы имеем дело с блочной вселенной. Прошлое, настоящее и будущее сосуществуют. Большой взрыв — это не начало вселенной. Это один из концов блока — граничное условие, подобное северному полюсу глобуса. Глобус не начинается на северном полюсе. Всё существует одновременно.
Джулиан Барбур, британский физик, чья книга «Конец времени» предложила вневременную космологию, основанную на том, что он назвал «платонией» — ландшафте возможных конфигураций, в котором время является иллюзией, порожденной нашим последовательным опытом, — это тот, с кем я общался по этому вопросу. Его ранние работы были провидческими, и его понимание того, что время может быть не фундаментальным, остается глубоким. Но с тех пор Барбур сместился к более традиционной картине, приняв ньютоновскую модель «точки Януса», в которой Вселенная расширяется в обоих временных направлениях из момента минимальной сложности. Модель гравитирующего вакуума приходит к блочной Вселенной совершенно с другой стороны: не из философских соображений о природе времени, а из математики самосогласованного цикла вакуум-материя-геометрия. Блочная Вселенная не предполагается. Она выводится.
Коперниканская революция, начавшаяся пять веков назад с удаления Земли из центра космоса, завершается здесь. Мы не уникальны в космосе — это показал Коперник. Мы не уникальны во времени — это показал Дарвин (мы — относительно новые существа в долгой истории). И теперь, если блочная Вселенная верна, то и настоящий момент не уникален. Нет никакого «сейчас», которое было бы привилегированным по сравнению с любым другим моментом. Вселенная не течет из прошлого в будущее. Она просто существует, целостная и полная, и наше восприятие времени — это восприятие сознания, перемещающегося по четырехмерной структуре по одному срезу за раз — как чтение книги страница за страницей, хотя все страницы существуют одновременно.
В 2008 году я написал книгу под названием «Неопределенная Вселенная», в которой, следуя Эйнштейну и Барбуру, утверждал, что различие между прошлым, настоящим и будущим — это «иллюзия, хотя и очень упрямая». В то время у меня не было физических обоснований для этой интуиции — только философские аргументы и прецедент специальной теории относительности, которая демонстрировала, что одновременность зависит от наблюдателя. Теперь, двадцать лет спустя, модель гравитирующего вакуума предоставляет физические основы . Космическая паутина — это неподвижная точка. Неподвижная точка четырехмерна. Вселенная не возникает сама по себе. Она существует.
В статье № 17 коперниканский аргумент доведен до логического завершения: конец антропоцентризма. Если блочная вселенная верна, то человеческое восприятие времени — наша убежденность в том, что прошлое ушло, будущее открыто, а настоящее — единственная реальность, — является особенностью нашей неврологии, а не космоса. Вселенная не создана для нас. Она не предназначена для последовательного восприятия. Она существует целиком, безразличная к тому, наблюдает ли ее кто-либо, безразличная к направлению времени, безразличная к заботам существ из углерода на маленькой планете, вращающейся вокруг обычной звезды в малом рукаве средней галактики.
Признаюсь, это непростая мысль. Непростая, потому что мы глубоко вовлечены в реальность времени. Наши радости, наши потери, наши планы, наши воспоминания — всё это зависит от убеждения, что время идёт и что настоящий момент имеет значение. Вселенная, состоящая из множества блоков, не отнимает эти переживания. Она переосмысливает их. Радость реальна. Потеря реальна. Но это не события, которые происходят и исчезают. Это элементы структуры, существующей вечно. Ваше рождение и ваша смерть всегда рядом, как две точки на ландшафте. Тот факт, что вы переживаете их последовательно, не означает, что они существуют последовательно.
Монография доступна на Amazon: A Dark-Sector-Free Cosmology: Local Gravity of Quantum Vacuum (;LGQV) (Kriger, 2026; doi:10.5281/zenodo.18987982). Она содержит все выводы, все симуляции, все обмены мнениями экспертов и все фрагменты вычислительного кода. Доказательства доступны любому желающему проверить их.
Вселенная существовала всегда. Мы просто учимся её видеть.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: ПРОСТОТА, КОТОРОЙ НАМ ПОЧТИ НЕ ХВАТИЛО.
Давайте подведем итоги того, чего мы достигли.
Мы начали с пяти вопросов, которые мог бы задать любой студент, и которые никто в космологии не довел до конца. Мы спросили, почему энергия квантового вакуума, существование которой экспериментально подтверждено, отождествляется с космологической постоянной. Мы спросили, необходимо ли это отождествление. Мы спросили, что следует, если оно не необходимо. Ответы привели нас в путешествие по квантовой хромодинамике, общей теории относительности, N-частичным симуляциям, галактической динамике и философии времени. На каждом шаге мы приглашали к возражениям. На каждом шаге мы отвечали на них. Не всегда идеально и не всегда к удовлетворению всех, но всегда открыто, с сохранением рецензий и указанием ограничений.
Пройдя через дверь, которую предположение Зельдовича держало закрытой с 1967 года, мы обнаружили, что энергия вакуума — это не однородный фоновый шум. Это локальная величина, реагирующая на присутствие материи. Там, где материя плотная, вакуум подавляется — подобно губке, сжатой тяжелой рукой. Там, где материя отсутствует, вакуум возвращается к своей полной плотности. Градиент между этими двумя состояниями порождает силу, и эта сила совершает удивительные вещи. Она сжимает материю в нити, формирует космическую паутину и обеспечивает дополнительную гравитацию внутри галактик, которую мы на протяжении пятидесяти лет приписывали частице, которая, по-видимому, не существует.
Связь между вакуумом и материей — это не свободный параметр, придуманный для подгонки данных. Она выводится из кварковой структуры протона — из пион-нуклонных и странно-нуклонных сигма-термов, измеренных в лабораториях и подтвержденных на решетках, посредством соотношения Гелл-Манна-Оукса-Реннера и сдвига кирального конденсата в среде, впервые рассчитанного Коэном, Фурншталем и Григелем в 1992 году. Том Коэн, чья основополагающая работа послужила отправной точкой, подтвердил справедливость аргумента Лоренца-скаляра в личной переписке в марте 2026 года. Предсказанная константа связи составляет 0,005. Наблюдаемое значение, выведенное независимо из роста космической структуры, составляет 0,003. Отношение равно 1,7. Нет подгоночных констант. Нет подгонки. Нет частиц темной материи. Нет поля темной энергии.
Мы проследили последствия этой единственной модификации на протяжении всей истории Вселенной. В раннем космосе, когда плотность материи была огромной, энергия вакуума была сильно подавлена; по мере расширения и истончения Вселенной вакуум вновь возник, вызывая ускоренное расширение, которое астрономы наблюдают сегодня — без необходимости отдельного инфляционного поля или космологической постоянной, введенной вручную. Космический микроволновый фон — самый древний свет во Вселенной, наиболее точно измеренный сигнал во всей физике — совместим с моделью. Угловой спектр мощности воспроизводится. Иерархия масс исчезает: нет отдельного вклада темной материи и нет отдельного вклада темной энергии. Есть материя, и есть вакуум, который реагирует на нее.
Моделирование N-тел выявило нечто, чего никто не предсказывал, и что, пожалуй, является самым важным результатом всей программы: нелинейное самоэкранирование. Когда миллионы частиц эволюционируют в соответствии с модифицированным законом гравитации, вакуумная связь не исчезает, а ограничивает себя. Усиление гравитации ограничивается уменьшающейся долей объема, занимаемой сверхплотными областями. По мере роста структур и опустошения Вселенной связь отступает во все меньшие области. Усиление сигма-8 — мера степени комковатости материи в больших масштабах — оказывается в три раза меньше, чем предсказывает наивный линейный расчет.
Этот механизм самоэкранирования решает с помощью одного механизма и одного параметра две проблемы, которые стандартная космология не может решить одновременно. Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил галактики, которые сформировались слишком рано, слишком массивно и слишком быстро, чтобы стандартная модель могла их объяснить без искажений. Модель гравитирующего вакуума предсказывала это: усиленный ранний рост, обусловленный той же константой связи, в эпоху, когда области повышенной плотности все еще занимали большую объемную долю. В то же время измерения амплитуды флуктуаций материи в поздней Вселенной — так называемое напряжение S8, одна из самых трудноразрешимых аномалий в современной космологии — показывают меньшее скопление, чем предсказывают данные ранней Вселенной. Модель гравитирующего вакуума объясняет и это: связь самоэкранируется в поздней Вселенной, смягчая амплитуду. Та же физика. Тот же параметр. Разные эпохи. Это не совпадение. Это предсказание.
Внутри галактик история завершается моделью захвата вакуума. Энергия вакуума, заключенная в гравитационно связанных системах, где космическое расширение подавлено, обеспечивает дополнительную гравитацию, которая сглаживает кривые вращения — наблюдение, положившее начало гипотезе о темной материи в 1970-х годах, когда Вера Рубин и Кент Форд измерили поразительные скорости звезд на краях спиральных галактик. Изотермический профиль вакуума воспроизводит барионное соотношение Талли-Фишера, соотношение радиального ускорения с его характерным масштабом ускорения, полученным (а не подобранным) из космологической постоянной, и — что наиболее характерно — существование галактик, которые, по-видимому, вообще не содержат темной массы. В стандартной модели галактики, подобные NGC 1052-DF2, являются неловкими аномалиями, требующими тщательного обоснования. В модели захвата вакуума они являются естественными следствиями: спутники, плавающие внутри вакуумной эргосферы своей родительской группы, где вакуум уже занят родительской галактикой.
Оставшиеся пятнадцать-двадцать процентов недостающей массы объясняются обычной барионной материей в формах, которые трудно обнаружить: компактные звёздные остатки эпохи без металлов, холодный фрактальный газ ниже текущих порогов обнаружения и популяция чёрных дыр прямого коллапса, гравитационно-волновые сигнатуры которых станут доступны для ngVLA , SKA, LISA и космического телескопа Нэнси Грейс Роман. Это не пробел в теории. Это предсказание, и его можно проверить.
Сверхновые типа Ia — стандартные свечи, от которых зависит вся космическая шкала расстояний, — остаются неизменными. Плотность энергии вакуума на тридцать три порядка ниже плотности белых карликов. Относительное изменение массы Чандрасекара составляет десять в степени минус двадцать восемь. Свеча не мерцает . Расстояния не меняются. Ускоряющееся расширение остается реальным и измеримым. Меняется только его источник: от таинственной темной энергии к вновь возникающему квантовому вакууму в разреженном космосе.
Таким образом, мы приходим к восьми утверждениям, кратко изложенным без извинений. Космологическая постоянная и энергия квантового вакуума — физически различные величины. Если они различны, энергия вакуума локально реагирует на материю. Связь выводится из КХД, а не подгоняется. Модификация нелинейно экранирует себя. Внутри связанных систем энергия вакуума удерживается, а её гравитация не компенсируется — это недостающая масса. Барионный тёмный сектор покрывает остаточную массу. Сверхновые остаются неизменными. И вся программа не использует новых частиц, новых сил и свободных параметров.
Что еще предстоит сделать? Проверка и сотрудничество. Вывод КХД может быть проверен любым физиком, специализирующимся на теории киральных возмущений. N-частичный код приведен в приложении к монографии и может быть воспроизведен любым специалистом по вычислительной космологии. Наблюдательные предсказания конкретны и фальсифицируемы: скорость расширения пустоты, временная шкала формирования галактик, профиль вакуума внутри скоплений, гравитационно-волновые сигнатуры черных дыр прямого коллапса. Каждое из этих предсказаний является проверкой, которую будущие наблюдения могут пройти или не пройти. Мы не просим веры. Мы просим проверки, потому что именно так работает наука.
Полный технический анализ — все девятнадцать статей, включая выводы, моделирование, историю рецензирования и вычислительный код — опубликован под названием «Космология без темного сектора: локальная гравитация квантового вакуума» (;LGQV). (Кригер, 2026; doi:10.5281/zenodo.18987982), доступно на Amazon. Эта монография — тому доказательство. Эта книга — история.
Я начал это путешествие двадцать лет назад, на банкете в Гарварде, споря с человеком в красном галстуке о природе Вселенной. Джоэла Примака уже нет в живых. Алексей Старобинский, архитектор инфляционной космологии, с которым я познакомился на конференции на Кубе, умер в 2023 году. Джордж Эллис, чья философская ясность впервые показала мне законность этих вопросов, сейчас восьмидесяти шести лет, и он всё ещё пишет. Жоан Сола Перакаула, чья модель «бегущего вакуума» стала важным мостом, отреагировал на мою работу с осторожным интересом. Том Коэн подтвердил ключевой шаг, сделанный на протяжении десятилетий. Сальваторе Капоцциелло подтвердил геометрическую совместимость. Это не абстрактные цитаты. Это люди, посвятившие свою жизнь пониманию Вселенной, и их следы видны на каждой странице этой книги.
В истории науки прослеживается закономерность, заслуживающая внимания. Снова и снова Вселенная оказывалась проще, чем предполагала господствующая теория. Птолемею требовались многочисленные эпициклы для отслеживания планет; Копернику нужно было одно открытие — движение Земли — чтобы сметти их все. Теория флогистона как механизма горения требовала невидимого вещества с отрицательной массой; Лавуазье требовался только кислород. Светоносный эфир требовал невидимой среды, пронизывающей все пространство; Эйнштейну требовалась лишь постоянная скорость света. В каждом случае старая теория не была глупой. Она была гениальной. Она была построена блестящими людьми, работавшими с неполными данными. Но она также была сложнее, чем следовало, потому что пыталась спасти неверное предположение.
Я считаю, что мы снова переживаем подобный момент. Тёмный сектор — тёмная материя, тёмная энергия, невидимые девяносто пять процентов Вселенной — может быть современным эпициклом. Он был изобретён для сохранения предположения о том, что энергия вакуума равна космологической постоянной, и с течением времени становился всё более сложным по мере накопления наблюдений, которые не совсем соответствуют этому предположению. Гравитационная вакуумная модель не критикует эти наблюдения. Она принимает их. Она просто интерпретирует их по-другому, через призму единственной модификации, которая всегда допускалась уравнениями и теперь выводится из измеренной ядерной физики.
Я верю, что Вселенная проще, чем мы позволяли себе себе представлять. Не потому, что простота прекрасна, хотя это так, а потому, что доказательства указывают на это. Вакуум обладает энергией. Энергия обладает массой. Масса притягивает. И если масса притягивает локально — внутри структур, в которых мы живем и наблюдаем, — то темный сектор растворяется в самой ткани пространства-времени, и остается вселенная, состоящая из материи и пустоты, которая ее удерживает.
Есть еще кое-что, что я должен сказать, и я приберег это на самый конец, для тех, кто дочитал до этого момента.
В 1927 году бельгийский католический священник Жорж Леметр предположил, что Вселенная зародилась в результате взрыва «первобытного атома». Его теория стала Большой Взрывом — основополагающим повествованием современной космологии, историей о космосе, возникшем в определенный момент времени. Трудно не заметить параллель между космологией священника и западной христианской доктриной creatio ex nihilo — сотворения из ничего. Начало. Сотворение. Момент, когда не было ничего, а затем появилось всё.
Представленная в этой книге модель ведет в другом направлении. Если космическая сеть представляет собой самосогласованное структурное ограничение на четырехмерном многообразии — блочную вселенную, в которой прошлое, настоящее и будущее сосуществуют как аспекты единой вечной структуры, — то Большой взрыв не является началом Вселенной. Это граничное условие. Вселенная не была создана в какой-то момент времени. Она существует целиком, вне времени и завершенно.
Так уж получилось, что я бывший православный священник. Я упоминаю об этом не для того, чтобы претендовать на какой-либо авторитет — в физике рукоположение не дает никакого авторитета, — а потому что эта симметрия слишком примечательна, чтобы умалчивать о ней. Католический священник Леметр открыл эру космического начала. И теперь другой священнослужитель, из совершенно другой традиции, возможно, помогает ее закрыть. Космос не начинается и не заканчивается. Он просто есть. Что, как тихо заметит любой богослов Восточной Церкви, гораздо ближе к православному пониманию божественной вечности — Бог как вневременная основа бытия, а не часовщик, который заводит механизм и приводит его в движение, — чем к латинскому учению о датируемом творении.
Похоже, у Бога есть чувство юмора.
Но это тема для другой книги.

ГЛОССАРИЙ
Ускоренное расширение. Открытие того, что Вселенная расширяется все быстрее и быстрее с течением времени, впервые зафиксированное в 1998 году в результате наблюдений за далекими сверхновыми.
Акустические пики. Серия пиков в спектре мощности космического микроволнового фонового излучения, вызванная звуковыми волнами в ранней Вселенной. Их структура содержит информацию о составе и геометрии космоса.
Альфа ( ; ). Константа связи в модели гравитирующего вакуума, определяющая, насколько сильно материя подавляет энергию вакуума. Выведена из ядерной физики: предсказанное значение 0,005, наблюдаемое значение 0,003.
Галактика Андромеды (M31). Ближайшая к Млечному Пути крупная спиральная галактика, расположенная на расстоянии около 2,5 миллионов световых лет. Плоская кривая вращения стала одним из ключевых наблюдений, приведших к гипотезе о темной материи.
Антропический принцип. Наблюдение, что Вселенная, по-видимому, идеально приспособлена для жизни. Слабая версия гласит, что это неудивительно, поскольку мы могли бы существовать только в такой Вселенной. Сильная версия утверждает, что Вселенная должна допускать существование жизни.
Барион. Частица, состоящая из трех кварков, например, протон или нейтрон. Барионы составляют всю обычную видимую материю.
Доля барионов. Это доля общей плотности материи во Вселенной, состоящая из барионов (обычной материи), приблизительно 16%.
Соотношение Талли-Фишера для барионов. Наблюдаемая корреляция между полной барионной массой галактики и четвертой степенью ее скорости вращения. В модели захвата в вакууме это соотношение является автоматическим, а не случайным.
Большой взрыв. Стандартная теория происхождения Вселенной, согласно которой вся материя и энергия возникли из чрезвычайно горячего и плотного состояния приблизительно 13,8 миллиарда лет назад.
Блочная вселенная. Философская и физическая интерпретация, в которой прошлое, настоящее и будущее сосуществуют как части четырехмерной структуры. Время не течет; сознание перемещается по этой структуре последовательно.
Код Больцмана. Компьютерная программа, решающая уравнения, описывающие эволюцию фотонов, материи и нейтрино в ранней Вселенной, позволяющая получать предсказания относительно космического микроволнового фона.
Масса по Боннору-Эберту. Максимальная масса, которую может иметь газовое облако, оставаясь в равновесии, поддерживаемом давлением. Облака, превышающие эту массу, коллапсируют под действием собственной гравитации.
Теорема Броуэра о неподвижной точке. Математическая теорема, гарантирующая, что любая непрерывная функция, отображающая компактное выпуклое множество в себя, имеет по крайней мере одну неподвижную точку. Используется для доказательства существования космической паутины как самосогласованной конфигурации.
Коричневый карлик. Неудачная звезда, слишком малая для поддержания термоядерного синтеза водорода, обычно в 13–80 раз превышающая массу Юпитера. Они слабо светятся в инфракрасном диапазоне и со временем тускнеют.
Скопление Пуля. Два скопления галактик, недавно столкнувшиеся. Разделение барионного газа и гравитационной массы было воспринято как доказательство существования темной материи. Модель вакуумного захвата объясняет это явление через вакуумную эргосферу, следующую за гравитационным потенциалом.
Эффект Казимира. Измеримая сила между двумя близко расположенными металлическими пластинами в вакууме, вызванная разницей в плотности энергии вакуума между пластинами и вне их. Открыт в 1948 году, точные измерения проводятся с 1997 года.
Предел Чандрасекара. Максимальная масса стабильного белого карлика, около 1,4 солнечных масс. Выше этого предела звезда коллапсирует или взрывается как сверхновая типа Ia.
Хиральный конденсат. Фоновое поле пар кварк-антикварк, заполняющее всё пространство в квантовой хромодинамике. Он отвечает за большую часть массы обычной материи и изменяется в присутствии барионной материи.
КМБ (космическое микроволновое фоновое излучение). Послесвечение ранней Вселенной: микроволновое излучение, испускаемое, когда Вселенной было около 380 000 лет и она достаточно остыла для образования атомов. Измерено с исключительной точностью спутниками COBE, WMAP и Planck.
Холодная темная материя (ХТМ). Гипотетическая форма темной материи, состоящая из медленно движущихся частиц, не взаимодействующих со светом. Основа стандартной космологической модели Лямбда-ХТМ.
Конформное преобразование. Математический метод, переопределяющий метрику пространства-времени, используемый для преобразования действия R-квадрат Старобинского в эквивалентное скалярное поле с определенным потенциалом.
Сжимающее отображение. Математическая функция, которая сближает точки на каждой итерации. Используется для доказательства единственности космической сети как конфигурации с фиксированными точками.
Принцип Коперника. Идея о том, что Земля и человечество не занимают привилегированного положения во Вселенной. В этой книге этот принцип расширен, чтобы показать, что и настоящий момент не является привилегированным.
Космическая паутина. Крупномасштабная структура Вселенной: сеть галактических нитей, окружающих обширные пустые пространства, напоминающие губку или пену.
Космологическая постоянная ( ; ). Член в уравнениях поля Эйнштейна, представляющий постоянную плотность энергии пространства-времени. В модели гравитирующего вакуума это геометрическое свойство пространства-времени, отличное от энергии вакуума.
Проблема космологической постоянной. Расхождение в 120 порядков величины между энергией вакуума, предсказанной квантовой теорией поля, и значением космологической постоянной, измеренным наблюдениями. Возникает из отождествления Зельдовича .
Проблема «острова-ядра». Несоответствие между пикообразными ( островковыми ) профилями темной материи, предсказанными моделированием, и плоскими (ядерными) профилями, наблюдаемыми в карликовых галактиках. В модели захвата вакуума это решается путем подавления вакуума при высокой плотности материи.
Тёмная энергия. Гипотетическая форма энергии, заполняющая всё пространство и приводящая к ускоренному расширению Вселенной. В модели гравитационного вакуума она заменяется космологической постоянной как геометрическим свойством.
Темная материя. Гипотетическое невидимое вещество, обеспечивающее дополнительную гравитацию, необходимую для объяснения кривых вращения галактик, гравитационного линзирования и реликтового излучения. В модели гравитирующего вакуума она заменяется захваченной энергией вакуума и компактными остатками.
Тёмный сектор. Обобщённый термин для тёмной материи и тёмной энергии, которые вместе составляют 95% Вселенной в стандартной модели.
Пространство де Ситтера. Геометрия пространства-времени, в которой доминирует космологическая постоянная, расширяющаяся экспоненциально. Космические пустоты в модели гравитирующего вакуума аппроксимируют пространства де Ситтера.
DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument). Наземный телескоп , измеряющий трехмерное положение миллионов галактик и квазаров для составления карты истории расширения Вселенной.
Черная дыра прямого коллапса. Зародыш сверхмассивной черной дыры, образующийся при прямом коллапсе первичного газового облака в массивный объект без предварительного фрагментирования на звезды. Требует особых условий в стандартной модели, но встречается естественным образом в модели гравитирующего вакуума.
Эффект Доплера. Изменение частоты волны при относительном движении источника и наблюдателя. Используется в астрономии для измерения скоростей галактик по красному смещению.
E = mc;. Эквивалентность массы и энергии по Эйнштейну: энергия и масса взаимозаменяемы и связаны квадратом скорости света. Если вакуум обладает энергией, он обладает и массой.
Эффективная гравитационная постоянная. В модели гравитирующего вакуума гравитация внутри областей повышенной плотности усиливается: G_eff = G( 1 + 2 ; ), где ; — константа связи вакуума и материи .
Полевые уравнения Эйнштейна. Фундаментальные уравнения общей теории относительности, связывающие кривизну пространства-времени с распределением материи и энергии.
Действие Эйнштейна–Гильберта. Математическое выражение, из которого выводятся уравнения поля Эйнштейна. Оно имеет форму упругой энергии: пространство-время минимизирует кривизну.
Упругий вакуум. Центральная концепция статьи № 5: пространство-время — это упругая среда, деформации которой представляют собой кривизну, колебания — гравитационные волны, а упругость возникает из квантовой теории поля.
Уравнение состояния (w). Отношение давления к плотности энергии вещества. Для обычного вещества w = 0. Для излучения w = 1/3. Для энергии вакуума w = ;1, что означает, что она оказывает отрицательное давление.
Эргосфера (вакуум). Область вокруг галактики, где скорость убегания равна скорости расширения Хаббла. Внутри этой границы энергия вакуума удерживается гравитацией.
«Евклид». Спутниковая миссия Европейского космического агентства, предназначенная для составления карты геометрии темной Вселенной путем наблюдения за миллиардами галактик.
Расширение Вселенной. Наблюдение, показывающее, что расстояния между галактиками со временем увеличиваются, было открыто Эдвином Хабблом в 1929 году.
Опровержимое. Научное предсказание является опровержимым, если наблюдение в принципе может доказать его неверность. Модель гравитационного вакуума делает конкретные опровержимые предсказания.
Неподвижная точка. Конфигурация, которая, проходя через цикл преобразований, воспроизводит саму себя. Предполагается, что космическая сеть является единственной неподвижной точкой цикла материя-вакуум-геометрия.
Проблема плоскости. Загадка того, почему Вселенная настолько близка к пространственно плоской. В модели упругого вакуума плоскость является естественным аттрактором на поздних стадиях эволюции, а не тонко настроенным начальным условием.
Уравнения Фридмана. Уравнения, описывающие расширение однородной, изотропной Вселенной. Выведены из полевых уравнений Эйнштейна.
Скопление галактик. Гравитационно связанное скопление сотен или тысяч галактик, крупнейшие связанные структуры во Вселенной.
Кривая вращения галактики. График зависимости орбитальной скорости от расстояния до центра галактики. Плоские кривые вращения стали первым свидетельством проблемы недостающей массы.
Соотношение Гелл-Манна-Оукса-Реннера. Фундаментальный результат в квантовой хромодинамике, связывающий массу пиона с массами кварков и киральным конденсатом.
Общая теория относительности. Теория гравитации Эйнштейна, согласно которой масса и энергия искривляют пространство-время, а искривленное пространство-время определяет движение материи.
Глюонный конденсат. Фоновое поле глюонов (носителей сильного взаимодействия), заполняющее вакуум КХД. Подобно хиральному конденсату, он смещается в присутствии барионной материи.
Гравитационное линзирование. Искривление света массивными объектами, предсказанное общей теорией относительности и наблюдаемое вокруг галактик и скоплений.
Гравитационная волна . Рябь в пространстве-времени, вызванная ускорением массивных объектов. Впервые непосредственно обнаружена обсерваторией LIGO в 2015 году.
Коэффициент роста. Показатель того, насколько увеличились возмущения плотности с момента возникновения ранней Вселенной. Модель гравитирующего вакуума предсказывает усиленный рост на ранних этапах и самоэкранированный рост на поздних этапах.
Излучение Хокинга. Теоретическое предсказание о том, что черные дыры излучают тепловое излучение из-за квантовых эффектов вблизи горизонта событий. Демонстрирует, что состояние вакуума зависит от геометрии пространства-времени.
Разложение по тепловому ядру. Математический метод вычисления квантовых поправок к эффективному действию полей в искривленном пространстве-времени. См. разложение Швингера-Девитта.
Постоянная Хаббла (H;). Текущая скорость расширения Вселенной, измеряемая в километрах в секунду на мегапарсек.
Хаббловский поток. Крупномасштабное движение галактик друг от друга, вызванное расширением Вселенной.
постоянной Хаббла. Расхождение между значением постоянной Хаббла, измеренным в ранней Вселенной (по данным реликтового излучения) и в локальной Вселенной (по данным сверхновых и цефеид).
Индуцированная гравитация. Предложение Сахарова о том, что гравитация не является фундаментальной, а возникает из коллективных квантовых флуктуаций всех полей, подобно упругости, возникающей из атомных взаимодействий в твердом теле.
Инфляция. Гипотетический период чрезвычайно быстрого экспоненциального расширения в первую долю секунды после Большого взрыва. В модели упругого вакуума он переосмысливается как упругая отдача пространства-времени.
Инфлатон . Гипотетическое скалярное поле, которое приводит к инфляции. Оно никогда не было обнаружено и не имеет известной идентичности в Стандартной модели.
Интегрированный эффект Сакса-Вольфа (ИСВ). Нагревание фотонов космического микроволнового фона при их прохождении через расширяющиеся пустоты, вызванное зависящим от времени гравитационным потенциалом. Усиливается в модели гравитирующего вакуума.
Изотермический профиль. Распределение плотности, которое уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Захваченный вакуум внутри галактики естественным образом принимает этот профиль, что приводит к образованию плоских кривых вращения.
Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST). Космический телескоп, запущенный в 2021 году, наблюдает Вселенную в инфракрасном диапазоне. Он обнаружил неожиданно массивные и зрелые галактики на очень больших красных смещениях.
Масса джинсов. Минимальная масса, которой должно обладать газовое облако, чтобы сила тяжести преодолела тепловое давление и вызвала коллапс.
Калопера -Падильи. Теоретическая модель, которая отделяет энергию вакуума от кривизны пространства-времени с помощью глобального ограничения, один из нескольких способов отделения космологической постоянной от энергии вакуума.
Лэмбовский сдвиг. Крошечное расщепление энергетических уровней водорода, вызванное флуктуациями виртуальных частиц в квантовом вакууме. Одно из экспериментальных подтверждений того, что вакуум обладает энергией.
Лямбда-ЦДМ ( ;CDM ). Стандартная космологическая модель, объединяющая космологическую постоянную ( ; ) с холодной темной материей (CDM). Она объясняет многие наблюдения, но требует, чтобы 95% Вселенной были невидимы.
LIGO ( Лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории), которая впервые обнаружила гравитационные волны в 2015 году, подтвердив, что пространство-время является упругой средой.
LISA. Лазерный интерферометр-космическая антенна — планируемый космический детектор гравитационных волн, который будет наблюдать за слияниями массивных черных дыр.
Скаляр Лоренца. Величина, которая не изменяется при преобразованиях Лоренца (изменениях скорости). Хиральный конденсат является скаляром Лоренца, поэтому его энергия имеет уравнение состояния w = ;1.
Излучение Лаймана-Вернера. Ультрафиолетовые фотоны в определенном частотном диапазоне, разрушающие молекулярный водород. Необходимо в стандартной модели черной дыры прямого коллапса для предотвращения охлаждения газа.
Метрический тензор. Математический объект, кодирующий геометрию пространства-времени, включая расстояния, углы и кривизну.
Недостающая масса. Расхождение между массой, выведенной из гравитационных эффектов (кривые вращения, линзирование), и массой, видимой в виде звезд и газа. Традиционно приписывается темной материи.
Моделирование N тел. Компьютерное моделирование, отслеживающее гравитационные взаимодействия миллионов частиц для моделирования формирования космической структуры.
Нейтронная звезда. Сколлапсировавшее ядро массивной звезды диаметром около 20 км, плотность которой составляет миллиард тонн на чайную ложку.
NGC 1052-DF2 и DF4. Две галактики, которые, по-видимому, содержат мало или совсем не содержат темной материи. В модели захвата вакуума они являются спутниками внутри вакуумной эргосферы своей родительской группы.
Нелинейное самоэкранирование. Открытие, сделанное на основе моделирования N-частиц, показало, что связь вакуума ограничивается сужающимися областями повышенной плотности по мере роста структуры, что приводит к гораздо более слабым крупномасштабным эффектам, чем предсказывает линейная теория.
Нуклон. Протон или нейтрон: строительные блоки атомных ядер.
Нуклеосинтез (Большой взрыв). Образование самых лёгких элементов (водорода, гелия, лития) в первые несколько минут после Большого взрыва.
Алгоритм «частица-сетка». Вычислительный метод для моделирования N-тел, который вычисляет гравитационные силы на сетке, обеспечивая баланс между скоростью и точностью.
Принцип исключения Паули. Правило , согласно которому никакие два одинаковых фермиона не могут занимать одно и то же квантовое состояние. В модели гравитирующего вакуума материя подавляет вакуумные флуктуации, занимая состояния, которые в противном случае были бы доступны.
Специфическая скорость. Скорость галактики относительно потока Хаббла. Используется для измерения локальных гравитационных эффектов и скорости расширения пустот.
Фазовый переход. Резкое изменение состояния системы, когда параметр пересекает пороговое значение, например, замерзание воды в лед. Граница вакуумной эргосферы представляет собой фазовый переход между связанным и расширяющимся вакуумом.
Пион-нуклонный сигма-терм ( ;; ). Измеряемая величина (приблизительно 50 МэВ), показывающая, насколько смещается киральный конденсат внутри нуклона. Ключевой параметр для вывода константы связи вакуума и вещества .
Спутник «Планк». Спутник Европейского космического агентства, который измерял космическое микроволновое фоновое излучение с точностью до процента , предоставив наиболее подробную карту ранней Вселенной.
Уравнение Пуассона. Уравнение , связывающее Гравитационный потенциал для распределения массы. В модели гравитирующего вакуума он модифицирован для включения связи с вакуумом.
Спектр мощности. График, показывающий степень структурированности на каждом пространственном масштабе, полученный путем преобразования Фурье поля плотности.
Формализм Пресса-Шехтера. Метод прогнозирования количества гало темной материи при каждой массе, основанный на статистике флуктуаций плотности.
Квантовая хромодинамика (КХД). Теория сильного ядерного взаимодействия, описывающая взаимодействие кварков и глюонов внутри протонов, нейтронов и других частиц.
Квантовый вакуум. Состояние с наименьшей энергией квантового поля. Он не пуст, а заполнен флуктуациями, которые переносят энергию и производят измеримые физические эффекты.
Кварк. Элементарная частица и фундаментальный строительный блок материи. Протоны содержат два верхних кварка и один нижний кварк; нейтроны содержат два нижних кварка и один верхний кварк.
Соотношение радиального ускорения. Тесная эмпирическая корреляция между наблюдаемым гравитационным ускорением в галактиках и ускорением, предсказанным исключительно на основе барионной массы.
Рекомбинация. Эпоха, наступившая примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда Вселенная достаточно остыла, чтобы электроны могли соединиться с протонами и образовать нейтральный водород, высвободив реликтовое излучение.
Красное смещение. Увеличение длины волны света от удаляющегося источника. Космологическое красное смещение вызвано расширением самого пространства, которое растягивает свет по мере его распространения.
Модель бегающего вакуума. Концепция Жоана Сола Перакаулы, в которой плотность энергии вакуума изменяется в зависимости от скорости роста Хаббла, обеспечивая динамическую связь между энергией вакуума и расширением космоса.
Напряжение S8. Расхождение между амплитудой флуктуаций материи, выведенной из данных ранней Вселенной (КМВ) и поздней Вселенной (обзоры галактик). Модель гравитирующего вакуума разрешает это расхождение посредством нелинейного самоэкранирования.
Индуцированная гравитация Сахарова. Предложение о том, что гравитация является эмергентным явлением, возникающим из квантовых флуктуаций всех полей, подобно упругости, возникающей из-за атомных сил в твердом теле.
Разложение Швингера–ДеВитта. Стандартный математический метод для вычисления квантовых поправок к эффективному действию полей в искривленном пространстве-времени. Использовано в статье № 4 для вывода связи вакуума и материи.
Поле экранирования. Математический объект в модели упругого вакуума, кодирующий реакцию вакуума на локальную плотность вещества. Заморожен на ранних этапах, активен на поздних.
Секвестрация. Механизм, посредством которого энергия вакуума локально гравитационно перемещается внутри связанных структур, но экранируется от космологического расширения.
Сигма-член. Мера того, насколько вклад массы кварка сдвигает вакуум внутри нуклона. Пион-нуклонный сигма-член ( ;; ; 50 МэВ) и странный сигма-член ( ;s ; 40 МэВ) являются ключевыми параметрами для константы связи.
Сигма-8 ( ; 8). Мера амплитуды флуктуаций плотности материи в масштабах 8 мегапарсеков. Ключевая наблюдаемая величина для проверки космологических моделей.
Специальная теория относительности. Теория Эйнштейна 1905 года, устанавливающая, что скорость света постоянна для всех наблюдателей и что масса и энергия эквивалентны (E = mc;).
Спектральный индекс. Мера того, как амплитуда первичных флуктуаций плотности изменяется в зависимости от пространственного масштаба. Потенциал Старобинского предсказывает значение приблизительно 0,964, что соответствует наблюдениям Planck.
Старобинского . Инфляционный потенциал, выведенный из поправки R-квадрат к действию Эйнштейна–Гильберта. В модели упругого вакуума это естественный упругий отклик пространства-времени ведущего порядка.
Тензор энергии-импульса. Математический объект в общей теории относительности, описывающий плотность и поток энергии и импульса. Он является источником гравитации.
Формирование структуры. Процесс, в результате которого изначально гладкая ранняя Вселенная развилась в галактики, скопления и космическую сеть, которые мы наблюдаем сегодня.
Сверхновая (типа Ia). Термоядерный взрыв белого карлика, достигшего предела Чандрасекара. Используется в качестве стандартной свечи для измерения космических расстояний.
Уравнения Эйнштейна без следов. Переформулировка общей теории относительности, в которой космологическая постоянная выступает в качестве интегрирующей постоянной, а не в качестве члена, обусловленного энергией вакуума. Также известна как унимодулярная гравитация.
Соотношение Талли-Фишера. Эмпирическая корреляция между светимостью (или барионной массой) спиральной галактики и скоростью её вращения.
Унимодулярная гравитация. Формулировка общей теории относительности, в которой определитель метрики фиксирован, в результате чего космологическая постоянная возникает как постоянная интегрирования.
Модель вакуумного захвата. Предложение (статья № 12) о том, что недостающая масса в галактиках возникает из-за квантовой энергии вакуума, захваченной внутри гравитационной эргосферы .
Энергия вакуума. Энергия квантового вакуума — низшего энергетического состояния всех квантовых полей. Экспериментально подтверждено с помощью эффекта Казимира, лэмбовского сдвига и термоядерных сечений.
Вакуумная эргосфера . См. Эргосфера (вакуум).
Поляризация вакуума. Модификация вакуума электрическими полями заряженных частиц, изменяющая эффективную силу взаимодействия на малых расстояниях. Один из трех механизмов, посредством которых материя подавляет энергию вакуума.
Обсерватория Веры Рубин. Наземный обзорный телескоп, строящийся в Чили, предназначен для картирования миллиардов галактик и измерения роста космической структуры.
Вириальный радиус. Радиус, в пределах которого галактика или скопление гравитационно связаны и приблизительно находятся в равновесии.
Пустота (космическая). Большая, приблизительно сферическая область пространства, содержащая очень мало галактик. Пустоты обычно простираются на 50–300 миллионов световых лет и занимают большую часть объема Вселенной.
Воловик, Григорий. Российско -финский физик-теоретик, чья аналогия космологической постоянной в физике конденсированных сред (с использованием сверхтекучего гелия-3) обеспечивает независимое подтверждение разделения энергии вакуума и космологической постоянной.
Белый карлик. Плотный остаток звезды малой или средней массы, размером примерно с Землю, но с массой, сравнимой с Солнцем.
Зельдовича . Предложение Якова Зельдовича 1967 года о том, что энергия квантового вакуума является космологической постоянной. Это предположение, так и не выведенное из более глубокого принципа, привело к проблеме космологической постоянной .
ХРОНОЛОГИЯ
Примерно в 450 году до н.э. Демокрит выдвинул предположение, что Вселенная состоит из атомов и пустоты — это первое предположение о том, что пустое пространство может иметь физическое значение.
Примерно в 350 году до н.э. Аристотель утверждал, что природа ненавидит пустоту (horror vacui ), отрицая физическую реальность пустого пространства. Эта точка зрения доминировала в западной мысли почти два тысячелетия.
В 1543 году Николай Коперник публикует трактат «О революции» (De Revolutionibus), в котором переносит Землю из центра космоса, положив начало коперниканской революции.
В 1600 году Джордано Бруно был сожжен на костре за то, что, среди прочего, утверждал о бесконечной вселенной со множеством миров — одна из первых жертв космологического инакомыслия.
В 1610 году Галилей публикует «Sidereus Nuncius», в котором излагает телескопические доказательства в пользу коперниканской модели.
В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал «Начала математики», в которых изложил закон всемирного тяготения.
В 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал специальную теорию относительности, установив, что E = mc;: энергия и масса эквивалентны.
В 1915 году Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности, показав, что масса и энергия искривляют пространство-время, а искривленное пространство-время определяет движение материи.
В 1917 году Эйнштейн вводит космологическую постоянную ; в качестве геометрического члена в свои уравнения поля, призванные поддерживать статичность Вселенной.
В 1927 году Жорж Леметр, бельгийский католический священник, выдвинул предположение, что Вселенная возникла из «первобытного атома» — первая версия теории Большого взрыва.
В 1929 году Эдвин Хаббл заметил, что галактики удаляются от нас со скоростью, пропорциональной расстоянию до них, тем самым доказав, что Вселенная расширяется.
В 1933 году Фриц Цвики измерил скорости галактик в скоплении Кома и сделал вывод о существовании невидимой «темной материи», обеспечивающей дополнительную гравитационную массу.
В 1948 году Хендрик Казимир предсказал существование измеримой силы между металлическими пластинами в вакууме, возникающей в результате квантовых вакуумных флуктуаций — эффекта Казимира.
В 1947–1948 годах Уиллис Лэмб и Роберт Ретерфорд измерили лэмбовский сдвиг — расщепление энергетических уровней водорода, вызванное квантовым вакуумом, — подтвердив тем самым, что вакуум оказывает физическое воздействие.
В 1965 году Арно Пензиас и Роберт Уилсон случайно обнаружили космическое микроволновое фоновое излучение, подтвердив модель Большого взрыва.
В 1967 году Яков Зельдович предположил, что энергия квантового вакуума является космологической постоянной: ; = 8 ; G ; _vac. Это отождествление, никогда не выведенное из какого-либо более глубокого принципа, создает проблему космологической постоянной.
В 1970-х годах Вера Рубин и Кент Форд измерили плоские кривые вращения в спиральных галактиках, что позволило установить проблему недостающей массы и способствовало принятию гипотезы о темной материи.
1974–1975 гг. Стивен Хокинг предсказывает, что черные дыры излучают радиацию из-за квантовых эффектов вблизи горизонта событий, демонстрируя, что состояние вакуума зависит от геометрии пространства-времени.
В 1980 году Алексей Старобинский предложил модель R;-инфляции — первую инфляционную модель, в которой раннее экспоненциальное расширение Вселенной обусловлено квантовой поправкой к гравитации Эйнштейна.
В 1981 году Алан Гут предложил инфляционную космологию как решение проблем плоскостности и горизонта. Андрей Линде независимо от него разработал теорию хаотической инфляции.
В 1982 году Стивен Адлер опубликовал свою работу о гравитации Эйнштейна как эффекте нарушения симметрии в квантовой теории поля, заложив тем самым современную теоретическую основу для индуцированной гравитации.
В 1984 году Джоэл Примак, Джордж Блюменталь, Сандра Фабер и Мартин Рис опубликовали теорию холодной темной материи, установив стандартную модель формирования космических структур.
В 1989 году Стивен Вайнберг рассмотрел проблему космологической постоянной, подчеркнув расхождение в 120 порядков величины.
В 1991–1992 годах Друкарев и Левин, а также независимо от них Коэн, Фурншталь и Григель , рассчитали сдвиг кирального конденсата в среде при конечной барионной плотности — это стало основой для вывода КХД связи вакуума и материи в статье № 3а.
В 1997 году Стив Ламоро с высокой точностью измерил силу Казимира, подтвердив существование энергии вакуума.
В 1998 году две независимые группы исследователей (Перлмуттер и др.; Рисс и др.) обнаружили ускоренное расширение Вселенной, используя данные о сверхновых типа Ia, что привело к гипотезе о темной энергии.
В 1999 году Джулиан Барбур опубликовал книгу «Конец времени», в которой предложил вневременную космологию, в которой Вселенная представляет собой ландшафт конфигураций, а не процесс во времени.
С 2003 года по настоящее время Воловик разрабатывает аналогии с физикой конденсированных сред для проблемы космологической постоянной, показывая, что в сверхтекучем гелии-3 огромная микроскопическая энергия вакуума не вносит вклад в макроскопическое давление.
В 2006 году Борис Кригер посетил Гарвардскую конференцию по сверхмассивным черным дырам и на банкете конференции подискутировал с Джоэлом Примаком об основах теории темной материи. Были опубликованы данные наблюдений в скоплении Пуля (Клоу и др.), которые были восприняты как доказательство существования темной материи.
В 2008 году Кригер публикует книгу «Неопределенная Вселенная», в которой утверждается, что космология находится в промежуточном положении между двумя принципами неопределенности, и исследуются философские пределы космического знания.
В 2014 году Калопер и Падилья предложили механизм секвестрации энергии вакуума, позволяющий отделить энергию вакуума от кривизны пространства-времени.
В 2015 году LIGO обнаружил гравитационные волны от слияния двойной черной дыры, подтвердив, что пространство-время является упругой средой.
В 2020 году спутник Planck опубликовал свои окончательные результаты , предоставив наиболее точные измерения космического микроволнового фона.
В 2021 году, в Рождество, состоялся запуск космического телескопа имени Джеймса Уэбба. Вскоре он откроет для нас галактики, которые бросают вызов стандартной модели формирования их структуры.
В 2022–2023 годах телескоп JWST обнаружил неожиданно массивные и зрелые галактики с красным смещением выше 10, что противоречит предсказаниям модели Lambda-CDM.
Алексей Старобинский умер в июне 2023 года. Его модель инфляции R; остается наиболее предпочтительной согласно данным Planck.
2024. В рамках исследования DESI были опубликованы первые космологические результаты. Sol; Перакаула и его коллеги продолжают разработку модели работающего вакуума.
2025 ( ноябрь) Джоэл Примак скончался в возрасте 80 лет после продолжительной борьбы с раком поджелудочной железы.
2026 (Статья № 1 ) Кригер публикует работу «О квантовой энергии вакуума, космологической постоянной и недостающей массе» — пять вопросов, основанных на устоявшейся физике, о том, почему гравитация вакуума игнорировалась.
2026 (Статья № 1 а) Теоретическое разделение энергии квантового вакуума и космологической постоянной: обзор пяти независимых теорий, устанавливающих различие между ; и ;_vac .
2026 (Статья № 2 ) Что, если вакуум будет гравитировать? Центральная гипотеза: энергия вакуума локальна, реагирует на материю и создает недостающую массу внутри связанных структур.
2026 (Статья № 3 ) Зависимость плотности энергии вакуума от материи и неоднородное космическое расширение: три механизма подавления и четыре проверяемых предсказания.
2026 (Статья № 3 а) Связь вакуума и материи из КХД конечной плотности: вывод ; = 0,005 из нуклонных сигма-членов с нулевыми свободными параметрами. Том Коэн подтверждает аргумент Лоренца-скаляра.
2026 (Статья № 4 ) Микроскопическая модель зависимости энергии вакуума от плотности вещества: вывод теплового ядра Швингера-Девитта.
2026 (Статья № 5 ) Упругий вакуум: пространство-время как упругая среда с полной динамической историей от Большого взрыва до ускоренного расширения.
2026 (Доклад № 6 ) Связь энергии вакуума с инфляцией : Потенциал Старобинского , выведенный как упругий отклик пространства-времени.
2026 (Статья № 7 ) Совместимость с реликтовым излучением и распад иерархии масс: модель проходит самое сложное испытание в космологии.
2026 (Статьи № 8–9 ) Рост структуры и N-частичные моделирования: открытие нелинейного самоэкранирования, одновременное решение проблемы ранних галактик JWST и проблемы несоответствия S8.
2026 (Статьи № 10–13 ) От ранних галактик, исследованных телескопом JWST, до модели захвата вакуума: плоские кривые вращения, соотношение Талли–Фишера и гравитация космических пустот.
2026 (Статьи № 14–16 ) Скрытый барионный сектор и тест сверхновой: свеча не мерцает.
2026 (Статья № 17 ) Блочная Вселенная, принцип Коперника и конец антропоцентризма: космическая сеть как четырехмерная фиксированная точка. Джордж Эллис участвует в программе. Переписка с Томом Коэном, Жоаном Сола Перакаулой, Сальваторе Капоцциелло и Джулианом Барбуром.
В 2026 году вышла полная монография: «Космология без темного сектора: локальная гравитация квантового вакуума (;LGQV)» (doi:10.5281/zenodo.18987982). Доступна на Amazon.
БИБЛИОГРАФИЯ
Эбботт, Т.М.К. и др. (Коллаборация DES). Результаты третьего года проекта Dark Energy Survey: космологические ограничения, полученные на основе кластеризации галактик и слабого гравитационного линзирования. Physical Review D, 105, 023520, 2022.
Адлер, С.Л. Гравитация Эйнштейна как эффект нарушения симметрии в квантовой теории поля. Обзоры современной физики, 54, 729–766, 1982.
Сотрудничество ADMX. Поиск аксионов темной материи в микроволновой полости с использованием SQUID. Physical Review Letters, 127, 261803, 2021.
Агилера, М., Ди Паоло, Э.А. Интегрированная информация в термодинамическом пределе. Энтропия, 21(12), 1198, 2019.
Априле, Э. и др. (Коллаборация XENON). Результаты поиска темной материи по данным экспозиции XENON1T длительностью в одну тонну-год. Physical Review Letters, 121, 111302, 2018.
Асгари, М. и др. ( сотрудничество KiDS ). Космология KiDS-1000: ограничения космического сдвига на амплитуду флуктуаций материи. Астрономия и астрофизика, 645, A104, 2021.
Бахкалл , Дж. Н., Пинсонно, М. Х. Что мы (не) знаем теоретически о потоках солнечных нейтрино? Physical Review Letters, 92, 121301, 2004.
Барбур, Дж. Конец времени: следующая революция в физике. Издательство Оксфордского университета, 1999.
Биррелл, Н. Д., Дэвис, Квантовые поля PCW в искривленном пространстве. Издательство Кембриджского университета, 1982.
Бойлан- Колчин , М. Стресс-тестирование ; CDM с помощью кандидатов в галактики с высоким красным смещением. Nature Astronomy, 7, 731–735, 2023.
Бресси, Г. и др. Измерение силы Казимира между параллельными металлическими поверхностями. Physical Review Letters, 88, 041804, 2002.
Браун, Д. Квантово-кинетическая темная энергия (ККЗ). Международный журнал современной физики D, 35(4), 2650006, 2026.
Баттерфилд, Дж. О недоопределенности в космологии. Исследования по истории и философии современной физики, 46, 57–69, 2014.
Капоцциелло С., Хамуда Н., Касадо С.А. Конформная убивающая гравитация. arXiv:2308.04752, 2023.
Каррера, М., Джулини, Д. Влияние глобального космологического расширения на локальную динамику и кинематику. Обзоры современной физики, 82, 169–208, 2010.
Казимир, Г. Б. Г. О притяжении между двумя идеально проводящими пластинами. Труды Королевской нидерландской академии искусств и наук, 51, 793–795, 1948.
Шемен, Л., Кариньян, К., Фостер, Т. Кинематика и динамика HI галактики M31. Астрофизический журнал, 705, 1395–1415, 2009.
Клоу, Д. и др. Прямое эмпирическое доказательство существования темной материи. Астрофизический журнал, 648, L109–L113, 2006.
Коэн, Т. Д., Фурншталь, Р. Дж., Григель , Д. К. Кварковые и глюонные конденсаты в ядерной материи . Physical Review C, 45, 1881, 1992.
Коперник, Н. De Revolutionibus Orbium Coelestium. 1543.
Корбелли, Э. и др. Широкопольная мозаика HI галактики M31. II. Искривление диска, вращение и гало темной материи. Астрономия и астрофизика, 511, A89, 2010.
Сотрудничество DESI. Результаты DESI 2024. arXiv:2404.03002, 2024.
Друкарев, Е.Г., Левин, Е.М. Структура ядерной материи и сигма-терма нуклона. Ядерная физика А, 532, 695, 1991.
Эйнштейн, А. Цур Электродинамика лучший Кёрпер. Аннален дер Физик , 17, 891–921, 1905.
Эйнштейн, А. Полевые уравнения гравитации. Труды Королевской Прусская академия наук , 844–847, 1915.
Эйнштейн, А. Космологический Соображения к общий Теория относительности . Труды Королевского Прусская академия наук , 142–152, 1917.
Эйзенштейн, Д.Дж. и др. Обнаружение барионного акустического пика в крупномасштабной корреляционной функции ярких красных галактик SDSS. Астрофизический журнал, 633, 560, 2005.
Эллис, GFR. Вопросы философии космологии. В: Баттерфилд, Дж., Эрман, Дж. (ред.), Справочник по философии науки: Философия физики, Часть B, стр. 1183–1285. Elsevier, 2006.
Эллис, Г. Ф. Р., Хокинг, С. В. Крупномасштабная структура пространства-времени. Издательство Кембриджского университета, 1973.
Гассер, Дж., Лютвайлер, Х., Саинио, М.Е. Обновление термина «сигма». Physics Letters B, 253, 252–259, 1991.
Гелл-Манн, М., Оукс, Р. Дж., Реннер, Б. Поведение расходимости тока при SU( 3);SU( 3). Physical Review, 175, 2195, 1968.
Гупта, Р. и др. Пион-нуклонный сигма-терм из решеточной КХД. Physical Review Letters, 127, 242002, 2021.
Гут, А.Х. Инфляционная Вселенная: возможное решение проблем горизонта и плоскостности. Physical Review D, 23, 347–356, 1981.
Хамаус, Н., Саттер, П.М., Вандельт , Б.Д. Универсальный профиль плотности для космических пустот. Physical Review Letters, 112, 251302, 2014.
Хацуда , Т., Ли, С.Х. Правила сумм КХД для векторных мезонов в ядерной среде. Physical Review C, 46, R34, 1992.
Хокинг, Юго-Запад. Взрывы черных дыр? Природа, 248, 30–31, 1974.
Хокинг, С.В. Создание частиц черными дырами. Сообщения по математической физике, 43, 199–220, 1975.
Хоферихтер , М., Руис де Эльвира, Дж., Кубис, Б., Мейснер , У.-Г. Высокоточное определение пион-нуклонного ;- члена из уравнений Роя-Штайнера. Physical Review Letters, 115, 092301, 2015.
Джаффе, Р.Л. Эффект Казимира и квантовый вакуум. Physical Review D, 72, 021301, 2005.
Джуннаркар, П., Уокер-Лоуд, А. Скалярное странное содержимое нуклона из решеточной КХД. Physical Review D, 87, 114510, 2013.
Калопер , Н., Падилья, А. Секвестрация энергии вакуума стандартной модели. Physical Review Letters, 112, 091304, 2014.
Капуста, Дж. И., Гейл, К. Теория поля при конечной температуре: принципы и приложения. Издательство Кембриджского университета, 2006.
Кригер Б. Неопределенная Вселенная. Брюс Кригер, 2008.
Кригер, Б. Космология без темного сектора: локальная гравитация квантового вакуума (;LGQV). Институт интегративных и междисциплинарных исследований, 2026. doi:10.5281/zenodo.18987982.
Лэмб, У. Э., Ретерфорд, Р. К. Тонкая структура атома водорода микроволновым методом. Physical Review, 72, 241–243, 1947.
Ламоро, С.К. Демонстрация силы Казимира в диапазоне от 0,6 до 6 мкм . Physical Review Letters, 78, 5–8, 1997.
Лемайтр , Г. А. Вселенная Однородная структура постоянной массы и увеличивающегося радиуса, объясняющая радиальную скорость внегалактических туманностей . Анналы Научного общества Брюсселя , A47 , 49–56, 1927.
Линде, А.Д. Новый сценарий инфляционной Вселенной: возможное решение проблем горизонта, плоскостности, однородности, изотропии и первоначальной монополии. Physics Letters B, 108, 389–393, 1982.
Паркер, Л., Томс, Д. Квантовая теория поля в искривленном пространстве-времени. Издательство Кембриджского университета, 2009.
Перлмуттер, С. и др. Измерения ; и ; по 42 сверхновым с высоким красным смещением. Астрофизический журнал, 517, 565–586, 1999.
Коллаборация «Планк». Результаты проекта «Планк» 2018 года. VI. Космологические параметры. Астрономия и астрофизика, 641, A6, 2020.
Примак, Дж. Р., Блюменталь, Г. Р., Фабер, С. М., Рис, М. Дж. Формирование галактик и крупномасштабной структуры с холодной темной материей. Nature, 311, 517–525, 1984.
Рисс, А.Г. и др. Наблюдательные данные, полученные на основе наблюдений сверхновых, свидетельствуют об ускоренном расширении Вселенной и космологической постоянной. Астрономический журнал, 116, 1009–1038, 1998.
Рубин, В.К., Форд, В.К., Тоннард, Н. Вращательные свойства галактик 21Sc с широким диапазоном светимости и радиусов. Астрофизический журнал, 238, 471–487, 1980.
Сахаров, А. Д. Вакуумные квантовые флуктуации в искривленном пространстве и теория гравитации. Советская физика. Доклады , 12, 1040–1041, 1968.
Шаффнер-Билич, Дж. Физика компактных звезд. Издательство Кембриджского университета, 2008.
Сола Перакаула , Дж. Существующий вакуум во Вселенной: текущее состояние . Phil. Trans. Roy. Soc. Lond. A, 380, 20210182, 2022. arXiv:2203.13757.
Старобинский, А.А. Новый тип изотропных космологических моделей без сингулярностей. Physics Letters B, 91, 99–102, 1980.
Тамм, А. и др. Карта звездной массы и распределение темной материи в M31. Астрономия и астрофизика, 546, A4, 2012.
Воловик, Г. Э. Вселенная в капле гелия. Издательство Оксфордского университета, 2003.
Уоткинс, Л.Л., Эванс, Н.В., Ан, Дж.Х. Массы галактик Млечный Путь и Андромеда. Ежемесячные заметки Королевского астрономического общества, 406, 264–278, 2010.
Вайнберг, С. Проблема космологической постоянной. Обзоры современной физики, 61, 1–23, 1989.
Зельдович, Я. Б. Космологическая постоянная и элементарные частицы. Письма ЖЭТП, 6, 316–317, 1967.
Цвики, Ф. Die Rotverschiebung von extragalaktischen Небельн . Helvetica Physica Acta, 6, 110–127, 1933.