Физики целый век считали неправильно. Вселенная расширяется — и фотон внезапно стал тяжелым
NewsMakerКак черные дыры спасают физику от краха.
Физикам удобнее жить в простых вселенных. В одной пространство не меняется, в другой сжимается, в третьей расширяется. Проблема в том, что именно последний вариант ближе всего к реальности, а понять квантовый мир в такой Вселенной труднее всего. Чем внимательнее исследователи смотрят на частицы в расширяющемся пространстве, тем чаще натыкаются на парадоксы. Теперь разобраться в этом клубке им неожиданно помогают черные дыры .
Отправная точка у истории старая. Общая теория относительности Эйнштейна связала пространство и время в одну систему и показала, что геометрия Вселенной зависит от ее содержимого. Если главную роль играет материя, гравитация стягивает пространство. Если перевешивает темная энергия , оно, наоборот, раздувается. В начале XX века Эйнштейн предпочитал вечную и неизменную Вселенную, но нидерландский физик Виллем де Ситтер быстро показал, что уравнения допускают и другой сценарий: космос может меняться сам по себе.
Де Ситтер разобрал пустую Вселенную, где почти нет материи, но остается космологическая постоянная . Из этой модели выросли три базовые геометрии. При положительной космологической постоянной получается пространство де Ситтера, где расширение ускоряется. При отрицательной возникает анти-де Ситтерово пространство, где геометрия устроена иначе и все как будто тянется обратно к центру. При нулевом значении пространство остается плоским. Для теоретиков различие принципиальное: именно от него зависит, как ведут себя частицы, свет и сами правила измерения.
Разницу можно представить почти на пальцах. Если поставить две точки на надувающемся шарике, они будут удаляться друг от друга. Так ведет себя пространство де Ситтера. В анти-де Ситтеровом варианте картина скорее напоминает обратный процесс: частицы, которые сначала казались неподвижными, со временем сближаются. Но самая неприятная особенность пространства де Ситтера связана не с этим. В нем расширение идет настолько быстро, что вокруг наблюдателя возникает горизонт. Все, что оказалось дальше него, навсегда выпадает из области связи. Можно ждать бесконечно долго и все равно не получить сигнал из этих областей.
Физикам удобнее жить в простых вселенных. В одной пространство не меняется, в другой сжимается, в третьей расширяется. Проблема в том, что именно последний вариант ближе всего к реальности, а понять квантовый мир в такой Вселенной труднее всего. Чем внимательнее исследователи смотрят на частицы в расширяющемся пространстве, тем чаще натыкаются на парадоксы. Теперь разобраться в этом клубке им неожиданно помогают черные дыры .
Отправная точка у истории старая. Общая теория относительности Эйнштейна связала пространство и время в одну систему и показала, что геометрия Вселенной зависит от ее содержимого. Если главную роль играет материя, гравитация стягивает пространство. Если перевешивает темная энергия , оно, наоборот, раздувается. В начале XX века Эйнштейн предпочитал вечную и неизменную Вселенную, но нидерландский физик Виллем де Ситтер быстро показал, что уравнения допускают и другой сценарий: космос может меняться сам по себе.
Де Ситтер разобрал пустую Вселенную, где почти нет материи, но остается космологическая постоянная . Из этой модели выросли три базовые геометрии. При положительной космологической постоянной получается пространство де Ситтера, где расширение ускоряется. При отрицательной возникает анти-де Ситтерово пространство, где геометрия устроена иначе и все как будто тянется обратно к центру. При нулевом значении пространство остается плоским. Для теоретиков различие принципиальное: именно от него зависит, как ведут себя частицы, свет и сами правила измерения.
Разницу можно представить почти на пальцах. Если поставить две точки на надувающемся шарике, они будут удаляться друг от друга. Так ведет себя пространство де Ситтера. В анти-де Ситтеровом варианте картина скорее напоминает обратный процесс: частицы, которые сначала казались неподвижными, со временем сближаются. Но самая неприятная особенность пространства де Ситтера связана не с этим. В нем расширение идет настолько быстро, что вокруг наблюдателя возникает горизонт. Все, что оказалось дальше него, навсегда выпадает из области связи. Можно ждать бесконечно долго и все равно не получить сигнал из этих областей.