Американские и британские исследователи опубликовали строгое математическое доказательство того, что фундамент стандартной космологической модели нестабилен. По их расчетам, ускоренное расширение Вселенной прекрасно объясняется без всякой загадочной темной энергии — достаточно лишь посмотреть на то, как ведут себя уравнения Эйнштейна, если их вывести из идеального равновесия.
С конца 1990-х годов астрофизики живут с осознанием того, что Вселенная не просто расширяется, а делает это с ускорением. Чтобы уравнения Общей теории относительности сошлись с данными наблюдений за далекими сверхновыми, физикам пришлось вернуть в расчеты «космологическую постоянную». Изначально Альберт Эйнштейн ввел ее, чтобы заставить Вселенную в своих формулах быть стационарной, а после открытия Хабблом расширения пространства с досадой назвал эту константу «своей величайшей ошибкой».
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Так в физике прочно обосновалась темная энергия — невидимая и непонятная субстанция, на которую приходится около 68% всей массы-энергии во Вселенной. Она буквально «расталкивает» пространство. Модель, описывающая это, называется ΛCDM (Лямбда-CDM), где буква «Лямбда» как раз отвечает за темную энергию. Математическим базисом для нее служат пространства-времена Фридмана — метрики, предполагающие, что в космических масштабах Вселенная абсолютно однородна и изотропна, а материя в ней распределена идеально равномерно.
Но группу математиков такой подход не устроил.
В новой работе, опубликованной в престижном журнале Proceedings of the Royal Society A, Кристофер Александер, а также Блейк Темпл и Зик Фоглер решили проверить фридмановские решения на прочность.
Блейк Темпл приводит изящную аналогию: стандартную космологическую модель можно сравнить с идеально заточенным карандашом, который поставили вертикально на грифель. С точки зрения голой математики и законов Ньютона, если центр тяжести идеально выверен, карандаш будет стоять вечно. Силы уравновешены, и это самое настоящее «решение уравнений».
Но в реальности любое, даже микроскопическое дуновение воздуха или дрожание стола выведет систему из равновесия, и карандаш упадет.
«Нестабильные решения в физике и науке считаются нефизичными, — отмечает Темпл. — В природе вы их никогда не встретите».
Математики проанализировали уравнения Эйнштейна-Эйлера, объединяющие теорию относительности и гидродинамику для описания эволюции космоса. Используя так называемые автомодельные (self-similar) переменные, они доказали: метрики Фридмана нестабильны как на макро-, так и на микромасштабах вблизи Большого взрыва. Стоит добавить в эту идеальную картину мельчайшие радиальные возмущения (чуть большую или меньшую плотность в разных участках ранней Вселенной), как равномерное расширение тут же «сваливается», подобно тому самому карандашу.
Куда же падает «космологический карандаш»? По расчетам авторов, эта фундаментальная нестабильность не рушит мир, а заставляет его развиваться по другому сценарию. На определенных этапах естественное отклонение от идеальной симметрии генерирует нарастающую волну расширения.
Для нас, наблюдателей, находящихся внутри этой системы, геометрия пространства выглядит так, будто весь мир расширяется с ускорением. То есть ускорение — это не результат работы мистической темной энергии, а прямое следствие математической нестабильности самих уравнений Эйнштейна.
Правда, у этой элегантной идеи есть своя цена. Чтобы мы наблюдали Вселенную именно такой, какой мы ее видим сегодня, Земля (или наша локальная область) должна находиться довольно близко к центру этой радиальной симметрии. Это наносит серьезный удар по принципу Коперника — философской основе современной астрономии, гласящей, что мы не занимаем во Вселенной никакого уникального или выделенного места.
Темпл, впрочем, легко парирует эту претензию: «И модель Лямбда-CDM, и сферически-симметричное пространство-время создают некое «особое место», где мы должны находиться, чтобы модель имела физический смысл. Если принцип Коперника отменяет одну концепцию, он должен отменить и другую».
Темная энергия — это не просто теоретический костыль, закрывающий дыру в формулах. Ее существование отлично объясняет сразу несколько независимых друг от друга массивов астрономических данных: от карты микроволнового реликтового излучения до барионных акустических осцилляций и особенностей формирования крупномасштабной структуры Вселенной. Голая математика «волны расширения», какой бы строгой она ни была, пока не может так же легко свести все эти наблюдаемые факты в единую непротиворечивую картину.
Тем не менее, работа Темпла и его коллег — это отличное напоминание о том, что даже самые устоявшиеся модели порой стоят на весьма шатком математическом фундаменте. И даже если астрофизики откажутся выбрасывать темную энергию на свалку истории, им как минимум придется ответить на резонный вопрос: как именно наша Вселенная умудряется балансировать на острие карандаша?
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Физики перестали верить в собственные теории. Крупнейший опрос выявил раскол в понимании устройства Вселенной
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.