Открытие темной энергии было сделано астрономическими методами и стало для большинства физиков полной неожиданностью. Темная энергия, пожалуй, главная загадка современного естествознания.

Подчеркнем, что однородность в пространстве и постоянство во времени — это точные, а не приближенные свойства вакуума. Плотность энергии вакуума — это мировая константа (по крайней мере, в той части Вселенной, которую мы наблюдаем).

С начала XVII до конца XIX века подавляющее большинство ученых полагало, что свет — это волны, распространяющиеся в эфире, невидимой и неощутимой среде. Чтобы служить проводником для света и при этом быть необнаружимым (например, не влиять на движения планет), эфир должен обладать очень парадоксальными свойствами. Изучением этих свойств занимались ведущие физики и математики мира: О. Коши (1789–1857), У. Томсон (1824–1907), Х. Лоренц (1853–1928), А. Пуанкаре (1854–1912) и даже такие химики, как Д. Менделеев (1834–1907). Скорость колебаний зависит от твердости тел, и в XIX веке было показано, что скорость световых волн свидетельствует о необычайной твердости эфира. Как это может быть совместимо с практической неощутимостью эфира? Английский математик, создатель современной гидродинамики сэр Дж. Стокс (1819–1903) полагал, что эфир подобен смоле: для быстрых движений вроде распространения света он ведет себя как твердое тело, а для медленных движений планет вокруг звезд (или для размахивания руками) он очень пластичен. Ученые триста лет закрывали глаза на такие патологические свойства эфира, которые резко противоречили всему опыту физики. Отметим, что с самого начала не было никаких прямых экспериментальных свидетельств в пользу существования эфира. Он был введен ad hoc, то есть только для того, чтобы подвести теоретическую базу под распространение света. Эксперимент Майкельсона — Морли в 1887 году по измерению скорости света относительно движения Земли должен был показать, что свет вдоль орбиты Земли и поперек ее распространяется с разной скоростью. Эксперимент, наоборот, показал, что никакой разницы в скорости света нет. Это был смертельный удар по теории эфира.

Эфир XIX века уступил место вакууму XX века, который сначала был безнадежно пуст. Но развитие квантовой теории поля привело к выводу, что вакуум может обладать странными свойствами типа отрицательного давления (или «самогравитации»). Идея о том, что отрицательное давление приводит к экспоненциальному расширению ранней Вселенной, была высказана одновременно А. Д. Сахаровым (1965) и Е. Б. Глинером (1965) в «Журнале экспериментальной и теоретической физики». Глинер послал свою статью 22 января, а Сахаров — 2 марта 1965 года, но статья Сахарова вышла раньше — в июле 1965 года, а статья Глинера — в августовском номере журнала, потому что ему пришлось переделывать свою работу и снова подавать ее 17 апреля 1965 года. Сахаров в примечании к своей статье упоминает работу Глинера, которая готовится к публикации. Глинер связал отрицательное давление с физическими свойствами вакуума и высказал предположение, что этот эффект может привести к ненулевой космологической постоянной. Аналогичную концепцию о связи космологической постоянной с энергией и давлением вакуума активно развивал и Я. Б. Зельдович (1968) (см. также книгу Зельдовича и Новикова, 1975). Работу Глинера (незаслуженно забывая Сахарова) считают фундаментом для инфляционной космологии, но сам Глинер скептически относился к основному предположению теории инфляции о быстром раздувании размера Вселенной: «Идея раздувания, следовательно, выглядит ошибочной» (Глинер, 2002). В 1980 году Глинер эмигрировал в США, где успешно работал в нескольких университетах. В предисловии к статье Глинера (2002) редактор журнала В. Л. Гинзбург, будущий лауреат Нобелевской премии (2003), сообщает: «В 1987 году он, однако, потерял работу, после того как на семинаре в одном из всемирно известных университетов страны высказал мысли, близкие к изложенным в настоящей публикации, и, видимо, неугодные некоторым преуспевающим космологам в США. Из-за недостаточного стажа работы в США (не хватает одного года) он потерял и право на пенсию».

Когда в 1998 году было открыто ускорение расширения Вселенной, то тоже срочно потребовалось подвести под нее теоретическое объяснение. Так как квантовая космология стала научным мейнстримом, в ход была пущена привычная квантовая волшебная палочка (возможно, возникла уже психологическая зависимость от этого могущественного инструмента). Было предложено, что вакуум нашей Вселенной благодаря квантовым флуктуациям виртуальных частиц обладает слабым отрицательным давлением (конечно, именно таким, какое может объяснить положительную космологическую постоянную). Это загадочное антидавление, вставленное в уравнение Эйнштейна, вызывало нужную антигравитацию. Как и в теории эфира, не было никаких прямых экспериментальных указаний на такое вакуумное отрицательное давление. Более того, не было никаких и теоретических аргументов в пользу такого давления, лишь надежды на будущие теории вроде теории струн или квантовых теорий гравитации. Ссылки на эффект Казимира (притяжение в вакууме двух близких пластин) как на пример вакуумного отрицательного давления оказались неубедительны. Во-первых, этот эффект, как показал в 2005 году в журнале Physical Review физик Р. Джаффе из Массачусетского технологического института, может интерпретироваться без привлечения вакуумных флуктуаций, тем самым он не может служить обоснованием темной энергии в космологии. Во-вторых, эффект Казимира хорошо изучен теоретически и измерен экспериментально в лабораторных условиях. Почему же попытки простой экстраполяции этого эффекта на масштабы Вселенной приводят к ошибке на 120 порядков?

Шон Кэррол пишет в обзорной статье «Почему Вселенная ускоряется?» (2004): «Судя по всему, Вселенная ускоряется, но причины этого — полная загадка. Самое простое объяснение — малая энергия вакуума (космологическая постоянная) — поднимает три трудных вопроса: почему энергия вакуума так мала, почему она не совсем равна нулю и почему она сравнима с плотностью материи сегодня».

Инфляционная теория считает темную материю газом из массивных частиц, а темную энергию — свойством самого вакуума. Темная материя, тормозящая расширение Вселенной, и темная энергия, ускоряющая это разбегание, физически никак не связаны и должны по-разному зависеть от размера Вселенной: вакуум, естественно, будет сохранять свои свойства, а средняя плотность темной материи — быстро уменьшаться из-за роста объема Вселенной. С момента возникновения реликтового излучения во Вселенной возрастом в 380 тысяч лет плотность темной материи упала в десятки триллионов раз и продолжает падать. Возникает проблема, которую Шон Кэррол назвал «скандальным совпадением»: почему в настоящее время влияние темной энергии всего в два раза больше влияния темной материи? Некоторые физики пытаются сделать темную энергию зависящей от времени и установить связь между ней и переменной темной материей, хотя изначально эти сущности были введены как совершенно независимые. Попытки установить такую связь приводят к новым нагромождениям гипотетических эффектов в квантовых моделях Вселенной.

Согласно модели будущего доминирования космологической постоянной, наша Вселенная обречена на «долгую холодную смерть», как сказал Б. Шмидт. Интересно, что современная квантовая космология пессимистично предсказывает смерть Вселенной, близкую к старинной концепции «тепловой смерти» Клаузиуса!