В конце 1980-х годов группа физика Сола Перлмуттера из Беркли начала программу по поиску далеких сверхновых с целью использовать их красные смещения и расстояния до них для изучения типа расширения Вселенной (параболический, закрытый или же гиперболический мир). Другая команда сформировалась вокруг Адама Риса и Роберта Киршнера в 1996 году.
Реально измерялась только зависимость расстояния от красного смещения — то есть строилась все та же диаграмма Хаббла. Делалось примерно то же, что делали Вирц и Хаббл, но с гораздо более высокой точностью.
До работ по сверхновым Ia из трех указанных выше моделей Вселенной обычно всерьез принимались только те теории, которые рассматривают торможение под действием взаимного тяготения вещества во Вселенной. Большинство астрономов не ожидало получить данные, которые можно истолковать как ускорение расширения, хотя такие модели Вселенной давно уже были построены: де Ситтером (для пустой Вселенной) и Фридманом (для непустой) с лямбда-членом. Впрочем, иногда при появлении особенностей, например в распределении квазаров по красному смещению, возникала мода на модели с лямбда-членом. Эти модели выдвигались И. С. Шкловским и Н. С. Кардашевым в 1967 году. Но потом особенности “рассасывались”, и мода проходила. Серьезные аргументы в пользу реальности лямбда-члена приводила Беатриса Тинсли с коллегами в 1975 — 1978 годах на основе сопоставления возраста Вселенной и шаровых звездных скоплений. Тогда казалось, что шаровые скопления старше Вселенной в моделях без ускорения. Но это противоречие тоже “рассосалось”.
А в 1998 году диаграмма Хаббла для SN Ia показала, что многие из них находятся от нас чуть дальше, чем в моделях с торможением. Ускорение расширения Вселенной могло бы объяснить увеличение расстояния.
7. Темная материя и темная энергия
Откуда же могло появиться ускорение?
АДЧ: “Ускорение указывает на силу, которая определяет движение тел. Этой силой не может быть притяжение космических тел друг к другу: взаимное тяготение галактик способно лишь тормозить их разбегание. А ускорять это движение может сила противоположного знака — она и называется всемирным антитяготением. Физический источник антитяготения — темная энергия, которая проявляет себя в мире только благодаря своему свойству создавать антитяготение. В остальном она невидима и неуловима: не излучает и не поглощает света, не рассеивает его. По макроскопическим свойствам темная энергия подобна особого рода сплошной среде с положительной плотностью и отрицательным давлением”.
Попробую пояснить, что такое антитяготение. Важно отметить, что оно возникает в стандартной теории тяготения — ОТО — безо всякой мистики. Всем окончившим среднюю школу известна аналогия закона тяготения Ньютона и закона Кулона. И там и там действует закон обратных квадратов. Но если две одинаковые массы по Ньютону притягиваются, то два одинаковых заряда по Кулону отталкиваются. Если же одинаковые заряды быстро движутся параллельно друг другу, если есть два параллельных тока, то провода, по которым бежит ток, притягиваются — это известная с начала XIX века сила Ампера (или сила Лоренца для отдельных зарядов в магнитном поле тока). Помимо “кулоновских” сил ОТО предсказывает и “амперовские”, они же “лоренцевские”, для движущихся масс. Эти гравитационные (или гравимагнитные ) силы проверены на эксперименте. Неудивительно, что параллельно движущиеся массы отталкиваются из-за гравитационной силы Ампера (ведь сила взаимодействия между массами противоположна по знаку силам взаимодействия между зарядами). Вот вам уже и антитяготение!
Гравитация устроена сложнее, чем электромагнетизм. Источником гравитации являются не только массы частиц, а любые виды энергии, любые потоки импульса — то есть любое давление среды. Когда давление очень высокое и положительное, как внутри плотных звезд, оно усиливает тяготение, что и приводит к неизбежному коллапсу — самоусилению гравитации из-за положительного огромного давления. А если давление отрицательное, как внутри растянутой резины, то оно ослабляет тяготение и может даже сменить знак гравитационной силы — это и называют антитяготением.
В простейшем виде учет постоянной плотности энергии вакуума эквивалентен добавлению космологической постоянной лямбда в уравнении Эйнштейна. Поскольку плотность энергии вещества и излучения уменьшается при расширении Вселенной, если есть вакуумная энергия, отличная от нуля, то последняя может начать доминировать в динамике расширения.