Темна енергія залишається однією з найзагадковіших елементів сучасної космології з моменту її появи в науковому обігу три десятиліття тому. Однак нові дослідження показують, що математичну модель розширення Всесвіту цілком можливо побудувати, взагалі не використовуючи цей теоретичний концепт.
Сучасна стандартна космологічна модель (Лямбда-CDM) має суттєву логічну прогалину. Достеменно відомо, що Всесвіт розширюється, але замість того, щоб поступово уповільнюватися під впливом гравітації, цей процес, навпаки, прискорюється. Щоб пояснити це прискорення, науковці припустили існування гіпотетичної невидимої темної енергії, яка може виступати його головним космічним рушієм.
Але в новій науковій статті, опублікованій у виданні Proceedings of the Royal Society A, група дослідників доводить, що проблема прискореного розширення може мати іншу природу. Вони стверджують, що сучасні моделі значною мірою базуються на нестабільностях, які погано відображають спостережувану реальність.
«Нестабільні рішення у фізиці та науці загалом розглядаються як нефізичні, — пояснює Блейк Темпл, співавтор дослідження та математик з Каліфорнійського університету в Девісі (UC Davis). — Їх просто неможливо спостерігати в природі».
Як альтернативу Темпл та його команда пропонують простішу математичну модель розширення, яка повністю вписується в межі оригінальної загальної теорії відносності Ейнштейна.
Космологічна константа
Коли Альберт Ейнштейн вперше додав до своїх розрахунків космологічну константу лямбда (Λ), він виходив із припущення, що Всесвіт є статичним. Згодом він відмовився від цієї ідеї, коли астроном Едвін Габбл надав неспростовні докази того, що космос насправді розширюється. Проте у 1998 році вчені зробили відкриття, відзначене Нобелівською премією: вони довели, що розширення Всесвіту відбувається з прискоренням.
Саме тоді космологи відродили лямбду як спеціальну метрику для опису цього прискорення, після чого стандартна космологічна концепція отримала назву «модель лямбда-холодної темної матерії». Силу, що відповідає за розгін галактик, назвали темною енергією та міцно пов’язали з космологічною константою.
Чому математика не сходиться
Ключовим компонентом стандартної моделі є так звані простори-часи Фрідмана. Згідно з опублікованою статтею, вони описують однорідний тривимірний Всесвіт, швидкість розширення якого чітко визначається рівняннями поля Ейнштейна. Проте для команди математиків з UC Davis ці розрахунки не сходилися.
За словами Блейка Темпла, початкова гіпотеза полягала в тому, що спостережуване прискорене розширення Всесвіту може бути пов’язане з великомасштабною самоподібною ударною хвилею, яка виникла на ранніх етапах його еволюції. У такому випадку ефект, який приписують темній енергії, міг би бути наслідком цієї хвилі. Науковці зосередилися на перевірці того, чи здатні простори-часи Фрідмана, що описують однорідний та ізотропний Всесвіт, виявитися нестійкими до таких збурень. Для цього вони вивели самоподібні розв’язки рівнянь Ейнштейна щоб оцінити стабільність просторів-часів Фрідмана під час радіаційної епохи раннього Всесвіту.
Роль нестабільності
Побудована командою модель продемонструвала, що простори-часи Фрідмана були нестійкими як на малих, так і на великих просторових масштабах поблизу Великого вибуху. Це може означати, що ще до того, як гіпотетична темна енергія виникає у рівняннях, сама по собі нестабільність створює настільки багатий набір можливих прискорень, що він здатний повністю зімітувати ефекти темної енергії на всіх рівнях, навіть якщо враховувати змінне прискорення.
Представлений математичний шлях для обчислення космічного прискорення безпосередньо з оригінальних початкових моделей, розроблених ще Ейнштейном та Леонардом Ейлером, стверджує що прискорене розширення Всесвіту може бути наслідком нестійкості стандартних фрідманівських розв’язків рівнянь Ейнштейна, а не проявом темної енергії. Поки що зарано робити висновки щодо того, чи прийме наукова космологічна спільнота цю альтернативну гіпотезу, але це, безперечно, смілива та надзвичайно цікава ідея.
Раніше вчені доводили, що розширення Всесвіту це ілюзія.
За матеріалами ucdavis.edu
