Model rozgraniczający te dwa przypadki odpowiada wszechświatowi o gęstości krytycznej, który co prawda wiecznie się rozszerza, ale tempo jego ekspansji asymptotycznie dąży do zera. W teorii Einsteina krzywizna wszechświata jest związana z jego średnią gęstością, istnieje więc też związek między geometrią wszechświata i charakterem jego ewolucji. Wszechświat o dużej gęstości ma dodatnią krzywiznę, podobnie jak powierzchnia balonu. Krzywizna wszechświata o niskiej gęstości jest ujemna, podobnie jak powierzchni siodła, a wszechświat o gęstości krytycznej ma krzywiznę zerową (jest płas ki). Stwierdziwszy istnienie wszystkich tych zależności, kosmolodzy nabrali przekonania, że wyznaczenie geometrii naszego Wszechświata lub wyznaczenie jego gęstości pozwoli przewidzieć jego przyszłe losy.

PO ODKRYCIU HUBBLE’A człon kosmologiczny został usunięty z kosmologii na następne sześć dekad. (Pomijamy tu przejściowe pojawienie się go w teorii wszechświata stanu stacjonarnego, którą sformułowano w latach czterdziestych i definitywnie odrzucono w latach sześćdziesiątych). Można z niejakim zaskoczeniem stwierdzić, że nawet gdyby Einstein nie wprowadził członu kosmologicznego, to zrobilibyśmy to dziś, ponieważ jego obecność w równaniach wydaje się konieczna. W swym dzisiejszym wcieleniu człon kosmologiczny nie wynika jednak ze struktury równań teorii względności, które opisują przyrodę w jej największych skalach, lecz z mechaniki kwantowej, która jest fizyką skal najmniejszych. Nowa koncepcja członu kosmologicznego nie ma nic wspólnego z dawną koncepcją Einsteina. Jego oryginalne równania pola G^v = STZGT^ wiążą krzywiznę przestrzeni G^v z rozkładem masy i energii T^v (G jest tu newtonowską stałą grawitacji, która określa siłę tego oddziaływania).Mechanika kwantowa jest jednak bardzo odległa od intuicji. W skalach mikroskopowych, w których ważne są efekty kwantowe, nawet pusta przestrzeń nie jest całkowicie pusta. Z próżni nieustannie wynurzają się wirtualne pary cząstkaantycząstka, które po przebyciu niewielkiej odległości ponownie znikają. Wszystko to trwa tak krótko, że nie można ich bezpośrednio zaobserwować. Mimo to pośrednie efekty istnienia wirtualnych par są bardzo ważne, a co więcej, można je wykryć doświadczalnie. Można na przykład obliczyć, w jaki sposób powinny zamanifestować się w widmie wodoru. Pomiary wykazują pełną zgodność z wynikami tych obliczeń. Przyjmując kwantowy obraz próżni, powinniśmy być przygotowani na to, że pusta przestrzeń rzeczywiście zawiera energię związaną z istnieniem par wirtualnych. Mechanika kwantowa sprawia więc, że człon kosmologiczny Einsteina staje się koniecznością, a nie możliwością i nie da się go już odrzucać jako „niezadowalającego teoretycznie”.

Einstein dopisał swój człon do lewej strony równań, ponieważ uważał, że reprezentuje on własność samej przestrzeni. Jeśli jednak przeniesiemy go na prawą stronę równań, to uzyska on zupełnie nowe znaczenie takie jakie nadajemy mu dzisiaj. Reprezentuje on teraz przedziwną, nową formę energii, której gęstość pozostaje stała pomimo kosmicznej ekspansji i której grawitacja działa nie przyciągająco, lecz odpychająco. Z niezmienniczości Lorentza, fundamentalnej symetrii związanej zarówno ze szczególną, jak i ogólną teorią względności wynika, że jedynie pusta przestrzeń może mieć taką energię. Z tej perspektywy człon kosmologiczny wygląda jeszcze bardziej dziwacznie. Na pytanie, jaka jest energia pustej przestrzeni, większość ludzi odpowie: żadna. Nic w tym dziwnego intuicja podpowiada przecież wyraźnie, że jest to jedyna sensowna możliwość.

Tagi: energia, pierwiastek, przestrzeń

Katalog

Partnerzy

Reklama