Кінець епохи темної енергії: нова теорія космології руйнує наші звичні уявлення про Всесвіт

Чи справді темна енергія – лише математична ілюзія?

Група математиків з Каліфорнійського університету в Дейвісі та Університетського коледжу Лондона представила докази того, що загальноприйнята модель розширення Всесвіту може бути фундаментально помилковою. У дослідженні, опублікованому в науковому журналі Proceedings of the Royal Society A, вчені проаналізували рівняння Ейнштейна – Ейлера, які поєднують загальну теорію відносності з гідродинамікою для моделювання космосу.

Дивіться також У глибокому космосі знайшли речовину, пов'язану з виникненням життя на Землі 

Висновки вказують на те, що прискорення розширення Всесвіту є природним наслідком нестабільності в самій структурі простору-часу, а не результатом впливу невідомої субстанції.

Усі сили перебувають у рівновазі, коли олівець стоїть на торці, тому це є розв'язком рівнянь. Але він нестабільний. Будь-який подих повітря – і він падає, 
– прокоментував провідний автор дослідження, почесний професор математики Каліфорнійського університету в Дейвісі Блейк Темпл.

Професор Темпл і його колеги, Крістофер Александер і Зік Воглер, стверджують, що стандартна космологічна модель (Lambda-CDM) схожа на такий балансуючий олівець. Математичні моделі, які використовують для опису розширення Всесвіту, відомі як простори-часи Фрідмана, виявилися нестабільними як на малих, так і на великих масштабах поблизу Великого вибуху. У фізиці такі нестабільні рішення зазвичай вважають нереалістичними, оскільки їх майже неможливо спостерігати в природі у чистому вигляді.

Історія питання сягає 1915 року, коли Альберт Ейнштейн додав до своїх рівнянь так звану космологічну константу, щоб створити модель статичного Всесвіту. Пізніше, коли Едвін Габбл довів розширення космосу у 1929 році, Ейнштейн назвав це рішення своєю "найбільшою помилкою". 

Проте у 1990-х роках константу повернули до життя під назвою "темна енергія", щоб пояснити дані про прискорення галактик, отримані за допомогою спостережень за суперновими. Сьогодні вважають, що темна енергія становить близько 70% усієї енергії Всесвіту, попри те, що її фізична природа залишається цілковитою загадкою.

Автори нової роботи запропонували альтернативне пояснення. Вони виявили сімейство самоподібних розв'язків, які виникають під час радіаційної епохи Великого вибуху. Ці розв'язки показують, що навіть незначні збурення густини матерії в початкові моменти існування Всесвіту з часом призводять до виникнення прискорень, які ми спостерігаємо сьогодні. Це означає, що прискорення виникає самостійно всередині оригінальної теорії гравітації Ейнштейна без жодних додаткових параметрів.

Нестабільність усіх просторів-часів Фрідмана до прискореного розширення пропонує простіше та природніше пояснення прискорення Всесвіту, ніж темна енергія, 
– заявив почесний професор математики Блейк Темпл.

Новий аналіз також кидає виклик принципу Коперника, який стверджує, що Земля не займає особливого місця у Всесвіті. Математики довели, що прискорення віддалення від центру симетрії виникає природним чином, і для узгодження моделі зі спостереженнями спостерігач повинен перебувати у певній зоні. Хоча це звучить незвично, вчені зауважують, що і стандартна модель з темною енергією також фактично ставить нас у привілейоване становище в часі, коли енергія матерії та темна енергія приблизно рівні.

Дослідники встановили, що розв'язки в межах їхньої моделі поводяться стабільно у довгостроковій перспективі. Попри те, що на проміжних етапах виникає прискорення, у далекому майбутньому Всесвіт поступово повертається до стану простору-часу Фрідмана або Мінковського. 

Це відкриття дає надію на розв'язання кризи в сучасній космології, де різні методи вимірювання швидкості розширення космосу дають суперечливі результати. Математична модель, розроблена за підтримки Ради з інженерних та фізичних наук Великобританії, може стати фундаментом для нової картини світу, де для пояснення величі космосу достатньо лише фундаментальних законів фізики.