# Брайан Грин: «Гравитация может не только притягивать, но и отталкивать»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=xrghLYc_QXI
Канал: World Science Festival
Опубликовано: 19.05.2020

---

В новом выпуске цикла «Ваше ежедневное уравнение» физик-теоретик и популяризатор науки Брайан Грин объясняет один из самых контринтуитивных аспектов общей теории относительности — способность гравитации работать на отталкивание. Основываясь на данных об ускоренном расширении Вселенной, Грин демонстрирует, как математический аппарат Эйнштейна допускает существование «расталкивающей» силы, которая сегодня связывается с понятием тёмной энергии.

## 🌌 Великое космическое открытие 1998 года
[[JUMP:00:00]]

Долгое время в научном сообществе доминировало представление о Вселенной как о статичном и вечном объекте [01:19]. Эту точку зрения разделял и сам Альберт Эйнштейн, пока наблюдения Эдвина Хаббла в 1929 году не доказали обратное: далекие галактики стремительно удаляются от нас [02:00]. Скорость их удаления оказалась пропорциональна расстоянию до них — чем дальше галактика, тем быстрее она убегает [02:12].

Однако даже после признания факта расширения Вселенной ученые полагали, что этот процесс должен постепенно замедляться [02:53]. По мнению Брайана Грина, такая интуиция была вполне логичной:

*   **Аналогия с яблоком:** если подбросить яблоко вверх, оно замедляется и падает обратно, потому что гравитация Земли притягивает его [03:07].
*   **Галактическое притяжение:** считалось, что взаимное гравитационное притяжение всех галактик в космосе неизбежно должно тормозить расширение пространства [03:21].
*   **Параметр замедления ($Q$):** десятилетиями космологи пытались измерить именно этот параметр, будучи уверенными в его положительном значении [03:47].

Ситуация в корне изменилась в конце 1990-х годов благодаря работе двух независимых групп исследователей. Команды, возглавляемые Брайаном Шмидтом и Солом Перлмуттером, использовали взрывы сверхновых в далеких галактиках как «стандартные свечи» для измерения истории расширения космоса [04:15]. В 1998 году они пришли к шокирующему выводу: Вселенная не просто расширяется, она делает это с ускорением [05:28]. За это открытие в 2011 году ученые были удостоены Нобелевской премии по физике [25:15].

## 📏 Метрика и искривление пространства
[[JUMP:07:02]]

Чтобы объяснить, как гравитация может толкать, а не тянуть, Брайан Грин обращается к основам общей теории относительности (ОТО). В центре теории лежит идея о том, что геометрия пространства-времени определяется распределением массы и энергии [08:09]. 

Ключевым математическим объектом здесь является метрика ($g_{\mu\nu}$) — набор чисел, описывающих пространственно-временные интервалы между событиями [09:14]. Грин приводит наглядную аналогию с «Моной Лизой»:

*   Если картина написана на плоском холсте, расстояния между глазами или краями улыбки подчиняются теореме Пифагора [10:37].
*   Если же холст деформировать (растянуть или сжать), расстояния изменятся, и изображение исказится [12:14].
*   Аналогично, когда материя и энергия «коробят» ткань пространства-времени, меняется сама метрика, что мы и воспринимаем как гравитацию [12:41].

В контексте всей Вселенной, которую мы считаем однородной и изотропной, метрику можно упростить до одного коэффициента — масштабного фактора $a(t)$ [15:19]. Этот параметр показывает, как меняется расстояние между любыми двумя точками (например, галактиками) с течением времени [15:33].

## ⚖️ Секретный ингредиент: роль давления
[[JUMP:16:54]]

Главное уравнение, описывающее ускорение масштабного фактора (вторая производная $a$ по времени), выглядит следующим образом:
$$\frac{\ddot{a}}{a} = -\frac{4\pi G}{3} \left(\rho + \frac{3P}{c^2}\right)$$

Здесь кроется фундаментальное отличие теории Эйнштейна от теории Ньютона. В ньютоновской физике источником гравитации является только масса (или плотность энергии $\rho$) [19:45]. В общей же теории относительности источником гравитации также является давление ($P$) [20:12]. 

Брайан Грин выделяет несколько ключевых моментов:

1.  **Положительная плотность:** плотность энергии $\rho$ всегда положительна (за исключением экзотических квантовых случаев) [20:25].
2.  **Двойственная природа давления:** давление может быть как положительным (как воздух в комнате, давящий на стены), так и отрицательным [20:52].
3.  **Отрицательное давление:** по словам Грина, это похоже на натяжение резиновой ленты, которая стремится сжаться внутрь [21:06].

Согласно уравнению, если комбинация $(\rho + 3P)$ становится отрицательной, то из-за общего минуса в начале формулы правая часть становится положительной [22:02]. Это означает, что ускорение $\ddot{a}$ становится больше нуля — Вселенная начинает расширяться всё быстрее и быстрее [22:29].

## ⚛️ Космологическая постоянная и «Большой взрыв»
[[JUMP:23:38]]

Наиболее известным примером субстанции с отрицательным давлением является космологическая постоянная ($\Lambda$), введенная Эйнштейном еще в 1917 году [24:06]. Хотя изначально Эйнштейн использовал её для создания модели статической Вселенной, сегодня она служит лучшим объяснением наблюдаемого ускоренного расширения [25:15].

Математически для космологической постоянной давление равно плотности энергии с обратным знаком: $P = -\rho$ [24:45]. В этом случае:

*   Комбинация $\rho + 3P$ превращается в $\rho - 3\rho = -2\rho$.
*   Поскольку $\rho$ положительна, результат получается отрицательным.
*   Это и создает эффект «отталкивающей гравитации» [24:59].

Брайан Грин также дает тизер к будущим обсуждениям: эта же сила могла быть причиной самого Большого взрыва [25:42]. По мнению ученого, именно кратковременный эпизод мощного гравитационного отталкивания в ранней Вселенной мог придать пространству тот колоссальный начальный импульс к расширению, который мы наблюдаем до сих пор [26:09].