§ 3. Квинтэссенция?

Одна из активно обсуждающихся «нестандартных» гипотез состоит в том, что причиной космологического ускорения является не вакуум, а неизвестная квинтэссенция. Под последней понимается особая форма космической энергии с уравнением состояния р = —qp, где q — параметр, значения которого лежат в интервале 1/3 < q < 1. Легко видеть, что эффективная гравитирующая плотность отрицательна для такого вида уравнения состояния. Это значит, что не будучи вакуумом, квинтэссенция тоже способна создавать ан-ти-тяготение, а значит и ускорение космологического расширения. В картине мира классической древности квинтэссенция — пятая стихия, плюс к земле, воде, воздуху и огню; это космическая субстанция, и из квинтэссенции, как считалось, состоят небесные тела. Эта гипотеза популярнадак как она создает новую «степень свободы» в космологии; остается дождаться новых интересных результатов на этом пути. Правда, уже сейчас становится ясно, что чем точнее наблюдения и чем аккуратнее измерения в космолог ии, тем все теснее оказываются пределы, в которых реально заключена величина q: она явно не очень сильно отличается от единицы, если только не точно равна ей (как в случае вакуума Эйнштейна—Глинера).

В этом месте стоит, по-видимому, сказать и о космологической терминологии, которая частично изменилась после и вследствие открытия космического вакуума. Это не только появление конкорданса и квинтэссенции; есть и другие новые термины, которыми тоже широко пользуются в последние 2-3 года, хотя их содержание все еще не вполне устоялось. Различные компоненты космической среды все чаще называют формами космической энергии, включая сюда и вакуум как одну из них. Скрытые массы, которые считаются холодными, т.е. нерелятивистскими, называют темной материей, или темным веществом. В некоторых публикациях темной энергией называют вакуум и квинтэссенцию вместе. «Обычное» вещество называют бариона-ми, хотя, конечно, в нем есть и электроны, а из барионов имеются в виду чаще всего только протоны и нейтроны. Реликтовое излучение, гравитоны и все вместе ультрарелятивистские частицы и поля космологической природы называют релятивистской энергией.

§4. Природа вакуумной энергии

В выражении через фундаментальную планковскую массу, Mpi ~ 2 • 10~5 г, плотность вакуума есть

(2.28)

В этой записи использована система единиц, в которой квантовая постоянная Планка и скорость света обе равны единице.

Плотность энергии космического вакуума, как мы видим отсюда, очень мала по сравнению с планковской плотностью рР] = Mp1. Малое, но ненулевое значение плотности энергии вакуума всегда рассматривалось как принципиальная трудность фундаментальной физической теории. Речь идет не только о вакууме в космологии, но и о вакууме микромира. Возможно (но не обязательно), это один и тот же физический объект. В любом случае суммарная плотность квантового вакуума всех возможных видов не превышает, очевидно, плотность космического вакуума — последняя величина представляет для квантовой вакуумной плотности абсолютный верхний предел.

На заре релятивистской квантовой теории, когда впервые возник вопрос о природе моря Дирака, о бесконечности его энергии (см. §4.2 этой главы), Гамов говорил, что вакуум электронов должен обнаружить себя через гравитацию. На семинарах и особенно

в коридорах теоретического отдела Ленинградского Физико-технического института в 60-70 гг. (прошлого века) это была одна из неизменных тем оживленных обсуждений, часто со ссылками на Гамова, некогда участника семинаров в тех же стенах. Бесконечна ли плотность вакуума? Но тогда должна быть бесконечно большой кривизна пространства. Если радиус кривизны пространства не меньше расстояния до горизонта, то отсюда вытекает верхний предел плотности вакуума. И шутили вслед за Я. И. По-меранчуком: вакуум не пуст, он полон глубокого физического содержания...

Позднее вопрос о численном значении плотности вакуума получил название «проблемы естественности в теоретической физике». Считалось, что для такой базовой величины как плотность вакуума, нужно ожидать какого-то весьма сильно выделенного значения, и обсуждаемых вариантов было два — либо нуль, либо планковская плотность рр\ = Мр\. Но при огромной планковской плотности кривизна пространства была бы невообразимо большой; это недопустимо. А если плотность вакуума есть нуль, это никогда не удастся строго доказать экспериментально...