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

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

Космологическая постоянная и физический вакуум

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

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

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

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

Экспериментальное значение

Космологическая постоянная ${\displaystyle \Lambda }$ может быть измерена благодаря своему влиянию на процесс разбегания галактик . Эти измерения были проделаны в 1998 году двумя группами астрономов , изучавших сверхновые звёзды (см. тёмная энергия ), и было получено очень малое значение для космологической постоянной: ${\displaystyle \Lambda \sim 10^{-53}}$ м ⁻² . Искажения Вселенной становятся ощутимы лишь при масштабах, сравнимых с размером наблюдаемой части Вселенной , ${\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {\Lambda }}}=3\cdot 10^{26}}$ м.

Предсказание

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

Примечания

Ссылки

• (неопр.) . Дата обращения: 10 августа 2012. 10 августа 2012 года.
• С. Вайнберг. (рус.) // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 1989. — Т. 158 , вып. 8 . — С. 639—678 . — doi : . 10 августа 2012 года.
• O'Dowd, Matt (неопр.) . PBS Spacetime (24 января 2019).