Эгмонт, сначала самое простое объяснение. Все дело в релятивистской формуле для массы частицы - если скорость достигает световой, то знаменатель в формуле преобразования обращается в нуль. Чтобы не получить бесконечность, в нуль должен обратиться и числитель (а числитель равен массе покоя частицы). Если скорость превысит скорость света, то у нас получается мнимая величина. То есть физический смысл частицы теряется. Эта проблема рассматривается только в М-теории. Указанное ограничение относится только к материи, но не касается самого пространства. Об этом я расскажу, когда речь о Теории Космологической Инфляции пойдет.
А во-вторых, вопрос стоит в том, откуда у частиц вообще массы берутся. Механизм придания частицам массы называется спонтанным нарушением симметрии. Иначе он известен под именем механизм Хиггса. Эту часть теориии вакуума на пальцах объяснить непросто, ноя все же попробую.

Я начинаю выполнение своих обещаний рассказать в понятной форме о существовании нашей Вселенной, действующих в ней силах, историии ее развития и многом, многом другом.

Часть первая.
Но сначала отдаю свой старый долг, который тянется за мной еще с Форума и Гатти и о чем мне тактично напомнил наш старый друг Станислав. Поэтому, нарушаю хронологию, которая по логике должна иметь место и начаться с того какие причины вызвали Великий Взрыв, положивший начало существования нашей Вселенной и переношусь в наше время, чтобы рассказать о самой распространенной, и в тоже время самой загадочной форме материи нашего МИроздания, получившей название - "Темная Энергия".
Прежде всего сообщу Вам, что общий вклад этой загадочной субстанции в энергию доступной нам Вселенной (эту границу я в дальнейшем буду называть "Горизонт") составляет от 71% до 75% на данный момент. Величина, как Вы видите, просто ошеломляюще большая. История, связанная с открытием "Темной Энергии" достаточно интересна. Как Вы понимаете, в результате Великого взрыва, все объекты (микрочастицы) получили импульсы, которые направлены от некоего геометрического центра (указать где он в ночном небе нельзя - задача не трехмерная), и, соответственно, начали разлетаться в разные стороны. Историю с образованием звездных скоплений, Галактик скоплений Галактик и сверхскоплегий, я расскажу в другой раз, а сейчас чрезвычайно важно другое. Как Вы догадываетесь в результате того, что частицы (массовые и безмассовые), которые оказались вблизи "Горизонта" со временем должны были бы снижать свою собственную скорость движения за счет гравитационного взаимодействия с той массой, которая оказалась дальше от "Горизонта", чем они сами. Наглядно это можно продемонстрировать на примере раздувающегося шара, заполненного пылью, если при этом все пылинки связаны друг с другом растяжимыми нитями. Чем сильнее растянута нить, тем сильнее она тянет более отдаленную частицу к менее отдаленной. Аналогия, конечно сомнительная, гравитационное взаимодействие имеет другой вид потенциала, но для обсуждения нашего вопроса покамест сойдет.
Метод с помощью которого происходит измерение скорости движения относительно нас космических объектов известен - это измерение Допплеровского красного смещения. То есть, чем быстрее от нас удаляется космический объект, тем дальше в низкоэнергетическую часть спектра сдвинуты спектральные линии его излучения. Здесь есть одна тонкость - чем дальше от нас объект, тем дольше от него к нам идет свет, а значит мы получаем информацию от отдаленных объектов Вселенной о ранних стадиях ее развития. И если Великий Взрыв произошел, как сейчас подсчитано примерно 13.7 миллиардов лет назад, то изучая излучение объекта, который отстоит от нас скажем на 10 миллиардов световых лет, мы получаем информацию о том, каким он был через 3.7 миллиарда лет после Великого Взрыва. Удобнее всего это изучение было проводить на примере вспышек Сверхновых Звезд (во-первых очень яркая вспышка, а, во-вторых, их спектры хорошо известны ученым). Что и проделовалось на протяжении достаточно большого периода времени. И вот тут-то было совершено отурытие, которое практически перевернуло само представление о структуре и свойствах нашего континуума.
Из измерений скоростей удаления от нас звезд, которые впоследствии исчезли в вспышках Свехновых, неожиданно получилось, что последние 5-7 миллиардов лет Вселенная расширяется не замедленно, а ускоренно!!! То есть скорость удаления от нас "Горизонта" не уменьшается, а растет. В рамках обычных представлений о природе Мироздания это было непонятно. Получалось, что в вакууме находится непонятная субстанция, более того она распределена практически равномерно ( в отличие скажем от видимой материи, да и от Темной Массы), которая обладает отрицательным гравитационным эффектом!! Пусть и достаточно слабым. Вы можете спросить, а почему собственно физики пришли к выводу о равномерности распределения? Ответ предельно прост - указанный эффект, связанный с измерением скоростей удаления от нас далеких Сверхновых оказался одинаков во всех направлениях по величине (есть небольшие отклонения <0/1%, но это несущественно). И именно эта загодочная форма материи - получила название "Темная Энергия".
Конец первой части.

Как Вы понимаете, дорогие друзья, это открытие немедленно породило вопрос, связанный с тем, что нужно было понять природу "Темной Энергии" и заодно требовалось объяснить причину того, что ее доминирование во Вселенной началось не сразу, а спустя очень и очень продолжительное время.
Начну с того, что мы изначально могли сказать об этой субстанции. Во-первых, она не вступает ни в какие взпимодействия с остальной материей Вселенной кроме гравитационного, а точнее антигравитационного. Во-вторых, она абсолютно равномерна распределена в пространстве внутри "Горизонта", а в-третьих, носители этой энергии должны находиться в равновесии друг с другом. Последний пункт означает, что они либо вообще не взаимодействуют друг с другом, или в результате их взаимодействия каждый из носителей не меняет свои физически измеряемые параметры (о неизмеряемых вопрос отдельный). И именно последние два пункта послужили ключом к началу разгадки природы "Темной Энергии". Но сначала мне придется дать нкоторые пояснения.
Когда Эйнштейн написал свои знаменитые уравнения Общей Теории Относительности, то в правой части основного уравнения стояла "кривизна" нашего пространственно-временного континуума + так называемый лямбда-член, а влевой части тензор (ну специфическая форма представления) энергии и импульса рассматриваемой в конкретной задаче материи. Причина по которой появился лямбда-член (в дальнейшем я буду называть его космологическим слагаемым) была чрезвычайно проста - это слагаемое впмсывалось в необходимые условия, которым должно было соответствовать уравнение и выкидывать его не было никаких причин. Однако во всех реальных задачах, которые решались в Общей Теории Относительности, включая задачу о существовании Черных Дыр, его величина полагалась равной нулю, и получающиеся решения вполне соответствовали наблюдаемым в космосе явлениям. Так и продолжалось до тех пор, пока основное уравнени ОТО не было применено ко всей нынешней Вселенной в целом. И вот тут-то произошел казус. По наблюдениям астрофизиков (экспериментальную и практическую часть я оставляю в покое - это длинный и специфический рассказ) оказалось, что кривизна нашего континуума составляет величину порядка единицы (Мироздание близко к четырехмерной сферической симметрии), а вот показатели энергии-импульса (включая вклад от Темной Массы), которые стоят в правой части уравнения - давали величину раза в три меньшую. Даже учет всех возможных поправок не позволял свести наблюдательные данные с тем, что давала Общая Теория Относительности. И тут-то и вспомнили про Космологическое Слагаемое в основном уравнении. К тому же в физике высоких энергий была описана (именно теоретически описана) некоторая гипотетическая ультрарелятивистская форма поля, давление которой на окружающую материи в точности было равно его плотности энергии (размерности были сведены за счет некоторых констант), а значит...
Далее я сошлюсь на работу советского физика Э.Глинера, который в первом приближении описал подобный тип материи и показал довольно забавную вещь - при расширении пространства плотность энергии такой формы материи вообще не меняется!!! Так что же - мы открыли Космологичекое Слагаемое? Но какой оно природы? И в какой момент в ходе развития Вселенной возникло?

Конец второй части

Увы, но на поледние вопросы астрономы и астрофизики ответить не могли. Ну действительно, что можно сказать о субстанции, которая вообще не взаимодействует с электромагнитным излучением, никак его не рассеивает и о самом существовании которой судят исключительно по косвенным признакам, как те, которые были описаны в первой части? Однозначно - никак. Но тут на помощь пришел тот раздел физики, который носит гордое название "Физика элементарных частиц" или "Физика высоких энергий". Но сначала, чтобы ВАм, мои дорогие друзья, было понятно, откуда ноги растут. я сконструировал некий диалог между физиком, работающим в этой области и человеком, который не имеет специальных знаний, но очень интересуется тем, как наше Мироздание устроено (назовем его Читатель).
Ч. - Ну расскажите же мне, откуда может взяться столь странная субстанция, тем более, что Вы утверждаете, что ее существование вам и вашим коллегам более или менее понятно.
Ф. - Постараюсь. Но сначала вам такой вопрос - что такое по Вашему вакуум?
Ч. - Как это что? Ну,..пустота, конечно.
Ф. - А что Вы понимаете под пустотой?
Ч. - Гм-м-м, странный вопрос, ну это когда в каком-то объеме ничего нет.
Ф. - Вообще ничего нет?
Ч. (задумываясь) - Наверное да. Скажем так - ничего такого, что вообще можно обнаружить.
Ф. - Ага, уже лучше, но все же, как Вы понимаете само слово - нельзя обнаружить?
ч. - Да достаточно просто. Там нет ничего с чем я могу вступить взаимодействие!
Ф. - Отлично. А как насчет того. с чем Вы не можете провзаимодействовать? Оно там может быть?
Ч. - Гм-м-м, странный вопрос. Наверное может. Но что же это такое, если с ним и взаимодействовать нельзя. Это же вообще "ничто" получается.
Ф. - Замечательная мысль. А как по Вашему - это самое "ничто" энергией может обладать?
Ч. - Ну если оно и есть, то наверное какой-то энергией и обладает. Но мне-то что с того? Я ведь с ней никак не взаимодействую?
Ф. - А вот здесь Вы не совсем правы. Мы с Вами только что договорились, что в том, что Вы называете пустотой, а я физическим вакуумом, может существовать некоторая энергия, среднее значение которой отлично от нуля.
Ч. - Странно как-то получается. с одной стороны ноль, а с другой не ноль. Что-то Вы меня запутывать начинаете.
Ф. - Что Вы, отнюдь. Просто это среднее значение энергии, которое там находится - не проявляет себя впрямую в нашей повседневной жизни. Но это вовсе не означает, что оно вообще себя проявить не может.
Ч. - Кажется начинаю понимать. Если создать необходимые условие, то эту энергию можно как-то и увидеть... Но ведь это..Это абсолютно неиссякаемый источник энергии. Значит проблемы получения энергии в будущем для человечества вообще не будет существовать!!
Ф. - Не спешите, отнюдь не все так просто. Во-первых, условия для взаимодействия с ней очень и очень непростые и мы сейчас только в экспериментах подбираемся к их примерному созданию, а во-вторых часть этой энергии (назовем ее энергией вакуума) уже израсходована.
Ч. - Как израсходована? То есть кем? И на что?
Ф. - Ну насчет кем - признаюсь, что самим Мирозданием (если его вообще можно называть - кто, я четсно говоря, предпочитаю - что), а вот вопрос на что довольно интересен. Ответ такой - на придание массы покоя всему сущему. А как - через нарушение симметрии вакуума (но эту часть мы оставим в покое).
Ч. - То есть Вы хотите этим сказать, что не будь этой энергии, то во всей вселенной остались бы только фотоны и нейтрино?
Ф. - Скорее всего и нейтрино бы не было. На данный момент мы уже практичеки нашли массу двух из трех типов нейтрино, не за горами и последний тип. Да, тогда бы Вселенная была совсем иной, сли бы энергии вакуума не было.
Ч. - Но кто эту энергию создает? И .. это и есть та самая "Темная Энергий"?
Ф. - Ну, Вы слишком спешите. Однако теперь, когда Вы поняли, что вакуум отнюдь не такая простая вещь, как ранее казалось, я могу переходить непосредственно к тому, какое отношение к всем вакуумным ненулевым средним имеет сама "Темная Энергия". А заодно рассказать еще одну модель, которая может объяснить ее существование.

Конец третьей части

Итак, первый вариант для "Темной Энергии" - это релятивистская энергия вакуума. Вопрос из чего она состоит одновременно и сложен и прост. По своей сути такие поля соответсвуют (если это чистой воды поле) невзаимодействующему газу скалярных частиц нулевой массы Что такое скалярная частица - спросите Вы? Отвечу - это частица с нулевым спином, то есть собственным, не связанным с движением механическим моментом. Кстати, квант электромагнитного взаимодействия фотон, имеет спин равный единице - это векторная чатиуа. А скалярных безмассовых частиц релятивистского типа (то есть двигающихся со скоростью света) возникает явление, которое Вы, наверное знаете в электромагнетизме, как Солнечный световой ветер. Фотоны, летящие от Солнца оказывают давление на все с чем встречаются и как бы отталкивают все с чем встречаются. Но есть и одна существенная разница - это скалярное вакуумное поле давит на любую материю во всех точках пространства-времени одинаково и исключительно по каналу гравитационного взаимодействия. Сразу встает вопрос а граввитационное-то притяжение эти частицы испытывают? На него пока нет однозначного ответа, хотя не исключено, что и испытывают. Вот только оказываемое ими давление, расталкивающие материю на несколько порядков сильнее - отсюда и антигравитационный эффект. Влюс еще одна вещь, которая будет подробна рассказана в дальнейшем. Эти частицы не чувствуют границ "вакуумных пузерей другой фазы". Именно поэтомуэто поле равномерно распространено во всем пространстве независимо от того, есть ли в данной области какая-либо материя (даже ЧД) или это пространство между сверхскоплениями Галактик. Ну что же, Вы считаете, что "Темная Энергия" имеет именно корпускулярно-волновую природу и описывается Космологическим Слагаемым в уравнении "Эйнштейна?
Читатель (робко) - Ну если не считать того, что Вы не рассказали о том, как вообще происходят взаимодействия, то похоже Вы правы.
Физик. - Ну непосредственно про сами механизмы, обеспечивающие взаимодействия я расскажу, когда речь о квантовой теории поля пойдет - это-то как раз несложно. Беда в другом. Экспериментально проверить описанную гипотезу мы не можем. Более того, на данный момент мы даже смутно не можем себе представить эксперимент, который это позволил бы сделать. Остается только уповать на наблюдательные астрофизические данные.
Читатель. - Здрасти, приехали. Но Вы же говорили, что решая уравнения Эйнштейна для всей Вселенной с Космологическим Слагаемым Вы как раз и получили великолепное согласие с наблюдаемыми данными? Или я Вас неправильно понял?
Физик. - Увы мне, увы. Я все время забываю о необходимости специальных пояснений. Дело в том, что то, что я описал - это одно из решений уравнения Эйнштейна для четырехмерного пространственно-временного континуума.
Читатель. - А что есть и другие решения? Или другие континуумы?
Физик. - А почему Вы собственно говоря решили, что наш континуум четырехмерный.
Читатель. (несколько неуверенно) гу как же - вот они три измерения длина, ширина и высота, вот часы у меня на руке тикают, время идет, то есть четвертая координата. А где же все остальное?
Физик. - Хороший вопрос Вы задаете. А действительно где? Представьте себе, что они свернуты в трубки на очень малом радиусе, как Вы можете свернуть лист бумаги.
Читатель (методично сворачивая лист). Ага, действительно поверхность листа , когда я соединил его края после свертки утратило одно измерение. Гм-м-м, все равно не до конца понимаю. А какой же радиус свертки у Высших измерений и сколько их вообще есть?
Физик. - Всего или одиннадцать или двенадцать (тут М-теория однозначного ответа не дает), а вот радиус свертки могу назвать с очень высокой точностью - это десять в минус тридцать третьей степени сантиметра.
Читатель. - Угу, тогда понятно, почему я их не вижу и не чувствую. Но при чем же здесь "Темная Энергия"?
Физик. - А Вы забыли начало нашего с Вами разговора. Подумайте, если эти высшие семь или восемь измерений свернуты, то следует ли отсюда, что их средняя энергия в вакууме (а точнее в каждой точке пространства) по определению равна нулю?
Читатель (удрученно) Да нет, не следует. То есть Вы хотите сказать, что "Темная Энергия" это след в нашем Мироздании от энергии более высоких измерений ?
Физик. - Дорогой друг, Вы опять спешите. Я хочу только сказать, что так ыполне может быть. По крайней мере решения некоторых уравнений для странных объектов, называемых суперструнами, в 11-мерном пространстве действительно дает такой эффект.
Читатель. - Единственный эффект?
Физик. - Что ВЫ, один из многих. Но наблюдать мы можем сейчас немногие и это один из них.
Читатель (жадно) А остальные наблюдаемые?
Физик. - Они к "Темной Энергии" отношения не имеют. А чтобы ответить какой же из этих двух механизмов действительно отвечает субстанции, называемой "Темной Энергией" нужно написать не макроскопические, а микроскопические уравнения для ее носителей. И как-то проверить их либо в наблюдениях, либо в эксперименте. А может быть эти две модели на самом деле - разные части чего-то более общего и их удастся объединить. Ведь М-теория сейчас вовсю развивается.
Читатель. - И когда это будет сделано? Ведь интересно же.
Физик (улыбаясь) - Надеюсь, что при нашей жизни, мой друг, надеюсь.

Окончание последней части.

P.S. Теперь можно задавать вопросы.

Надо переворить информацию. Вопросы будут завтра.

P.S. Да, и ещё: схожу-ка я на наш родной Форум, сделаю ссылку на эту тему. Вдруг ещё кто-то вопросами астрофизики интересуется.

Я еще вернусь к вопросу о Темной Энергии, когда буду рассказывать о Теории Космологической Инфляции и заслугах в развитии Теории Вселенной Вилена де Ситтера, а также о гипотетическом поле преонов (частиц из которых состоят все остальные частицы). Но сначала я бы хотел все же ответить на вопросы, которые у Вас неминуемо возникают при чтении этого Топика. Не исключено, что Вы захотите задать вопросы и о том, что я на Форуме Гатти писал - и не открою секрета, когда скажу, что физику взаимодействий и космических объектов (кроме Черных Дыр, квазаров и возможно Темной Массы) я буду на нашем Форуме излагать заново, более романтично и намного популярнее, чем это сделано у Камши.

Особенно лихо у тебя получилась вторая часть. Диалог Физика с Читателем - нечто. До того момента, пока Читатель не спросил про возможность использования человеком энергии ваккума - практически 100 % ход размышлений, что и у меня. Даже ответы были даны практически те же, что дал бы и я.

Quote

(Мироздание близко к четырехмерной сферической симметрии)

Очень понравилось «определении» тёмной энергии: с нами она не взаимодейтсвует, однако обладает своей собственной энергией, которая в свою очередь даёт знать о себе в нашем мире.

И ещё зацепила мысль Читателя:

Quote

То есть Вы хотите сказать, что "Темная Энергия" это след в нашем Мироздании от энергии более высоких измерений?

Красиво. Жаль, что пока нельзя доказать: правда это или лишь вымысел.

Ну а теперь несколько вопросов. Вопросы у меня как обычно дурацкие, не обессудь, однако.

1.

Quote

Не спешите, отнюдь не все так просто. Во-первых, условия для взаимодействия с ней очень и очень непростые и мы сейчас только в экспериментах подбираемся к их примерному созданию, а во-вторых часть этой энергии (назовем ее энергией вакуума) уже израсходована. Ч. - Как израсходована? То есть кем? И на что? Ф. - Ну насчет кем - признаюсь, что самим Мирозданием (если его вообще можно называть - кто, я четсно говоря, предпочитаю - что), а вот вопрос на что довольно интересен. Ответ такой - на придание массы покоя всему сущему. А как - через нарушение симметрии вакуума (но эту часть мы оставим в покое).

Вот тут не совсем понял. Часть энергии потрачена? На придание массы покоя всему сущему (читай закон равновесия)? Но ведь этот процесс постоянный, а значит количество тёмной энергии постепенно тоже уменьшается? Значит к концу времён (если следовать одной из моделей развития вселенной) она тоже исчезнет, равно как и все другие физические объекты Вселенной?

2.

Quote

Сразу встает вопрос а гравитационное-то притяжение эти частицы испытывают? На него пока нет однозначного ответа, хотя не исключено, что и испытывают. Вот только оказываемое ими давление, расталкивающие материю на несколько порядков сильнее - отсюда и антигравитационный эффект.

Стоп. Не понял. Сравнение с фотонами уловил. А антигравитация? Тёмная энергия что, её порождает (при этом не взаимодействуя на прямую с «обычной» материей)?

3. Вакуумные пузыри другой фазы - это случайно не из темы о тёмной метерии (одна из теорий о том, что она как раз прячется в таких "пузырях")?

1. Ты не совсем точно понял. Есть частицы с нулевой массой покоя и ненулевой массой покоя. Так вот часть энергии ушло на придание ненулевой массы покоя этим частицам (лептонам - электрон, мюон, таон с их нейтрино и кваркам). А такжн хиггсовскому бозону, а также W b Z-бозонам. А общее кол-во массовых (да и безмассовых частиц) о Вселенной практически неизменно. Вопрос сколько - рассмотрим, когда речь о Теории Великого взрыва будет идти.
О конце времен поговорим, когда будем выводы М-теории обсуждать, но спешу учпокоить , "темная энергия" никуда не денется.
2. Ответить четко на этот вопрос чуть сложнее. Ради этого следующий рассказ пойдет о Де-Ситтере и его решениях уравнений Эйнштейна для всей Вселенной с Космологическим слагаемым и разными величинами кривизны Вселенной.
3. Нет, это некоторые области Вселенной. внутри которых другая метрика действует. А Темная Энергия никуда не прячется вообще - она занимает все известное пространство с равной плотностью. И, страшно сказать, есть предположение (обсудим его позже в рамках М-теории) она и за пределами нашей Вселенной имеет такую же плотность. То есть пронизывает все многомерное пространство и является вообще полем неких первочастиц.

//

Quote (зайка)

Дьявол слышит слова, а ангел мысли!

Дьявол просто понимает, что в чужих головах копаться невежливо.