Пробле́ма космологи́ческой постоя́нной — закрепившееся в современной астрофизике выражение, означающее предполагаемое противоречие между предсказаниями двух фундаментальных физических теорий: общей теории относительности (ОТО) и квантовой физики.

Согласно предсказаниям квантовой теории, физический вакуум может обладать так называемой нулевой энергией. В силу так называемой перенормировки вероятности процессов не зависят от этой самой нулевой энергии, но при попытке совместить ОТО и квантовую теорию появляется очень интересная деталь: нулевая энергия вакуума может быть обнаружена в силу её влияния на метрику пространства-времени. При анализе уравнений ОТО с учётом квантовых зависимостей при некоторых естественных предположениях получается значение космологической постоянной порядка планковской величины плотности, 10¹⁰⁶ г/см³, в то время как экспериментальные данные говорят о величине, меньшей на 120 порядков — «наихудшее предсказание, когда-либо сделанное научной теорией», по словам Ли Смолина.^[1] Это противоречие говорит о наличии вклада в космологическую постоянную ещё какого-то слагаемого, помимо нулевой энергии вакуума. Но так как в данный момент нет никакой теории, объясняющей появление этого слагаемого из каких-либо более общих принципов, то говорят о «проблеме космологической постоянной».

Другими словами, если бы плотность энергии вакуума была бы перенормируемой, относительной величиной, то её можно было бы считать равной нулю. Однако, согласно общей теории относительности Эйнштейна, любая плотность энергии создаёт гравитационное поле, которое изменяет геометрию пространства-времени. Поэтому в ОТО плотность энергии вакуума имеет абсолютное значение и может быть измерена путём измерения гравитационного поля, создаваемого вакуумом. Фактически, это равноценно определению космологической постоянной

.

Измерения , основанные на эффекте разбегания галактик, дают очень малое значение для космологической постоянной: м ⁻². Искажения Вселенной становятся ощутимы лишь при масштабах, сравнимых с размером наблюдаемой части Вселенной, м. С другой стороны, даже одно-единственное квантовое поле, например, электрон-позитронное, создаёт в вакууме нулевую плотность энергии , тогда м ⁻², что совершенно не соответствует действительности.

Примечания