В 2011 году Нобелевская премия по физике была присуждена Солу Перлмуттеру, Брайану Шмидту и Адаму Рису за открытие ускоренного расширения Вселенной. Они пришли к этому выводу, наблюдая далекие взрывающиеся звезды – сверхновые. Эти наблюдения показали, что космос расширяется все быстрее, потому что чем дальше сверхновая, тем быстрее она, кажется, удаляется от нас. Недавно группа астрофизиков из Университета Кентербери в Новой Зеландии поставила под сомнение это открытие в статье, опубликованной в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. Утверждение, что наша Вселенная не только расширяется, но и делает это с ускорением, не имеет простого объяснения. Не существует обычного типа энергии или материи, которая могла бы вызвать это; требуется вещество с отрицательным давлением, свойство, которое мы никогда раньше не наблюдали. Физики просто назвали то, что вызывает это ускоренное расширение, «темной энергией». Это не громкое заявление типа «Эйнштейн ошибался». Простейший тип темной энергии – это космологическая постоянная, которая не меняется ни в пространстве, ни во времени. Она является одним из ключевых параметров в стандартной модели космологии – модели Lambda-CDM – наряду с другими параметрами, такими как количество темной материи. Считается, что космологическая постоянная, если она существует, составляет более двух третей всего вещества и энергии во Вселенной. Мы уже видим ее эффекты: дополнительное расширение затрудняет скопление галактик и уменьшает количество новых звезд. Космологическая постоянная также определила бы окончательную судьбу нашей Вселенной, обрекая ее на все более быстрое ускорение, которое охладит Вселенную до абсолютного нуля – вечная тьма и невероятный холод. Авторы новой статьи смело утверждают, что стандартная модель с космологической постоянной – просто неправильная модель Вселенной, и что если использовать правильную модель (по их мнению), то темная энергия вообще не нужна. Авторы используют ту же математическую основу, что и большинство астрофизиков – общую теорию относительности Эйнштейна. Эта теория гласит, что все виды энергии искривляют пространство, а искривление, в свою очередь, влияет на движение энергии. Авторы новой работы, возглавляемые Антонией Зайферт, не оспаривают это. Они ставят под сомнение то, как мы используем математику Эйнштейна. Поскольку во Вселенной много материи, мы не можем проводить расчеты с точным распределением звезд и галактик. Их слишком много! Поэтому мы делаем большое упрощение. Мы говорим, что если усреднить по достаточно большим расстояниям, то звезды и галактики имеют одинаковое распределение везде. Неважно, в какой части Вселенной вы находитесь, она всегда выглядит примерно одинаково. Эта идея называется «космологическим принципом», и если мы используем его, мы переходим от общей теории относительности к конкретной модели. Именно эта модель, Lambda-CDM, требует темной энергии для ускорения расширения Вселенной. Рано объявлять о конце темной энергии. Строго говоря, мы уже знаем, что эта модель, конечно, неверна. Галактики и скопления галактик распределены неравномерно. Они образуют губчатую структуру, если вы можете представить себе губку размером в десятки миллиардов световых лет, сделанную из галактик и расширяющуюся. В ней есть области со многими галактиками, такие как та, в которой находимся мы, но между ними есть большие пустоты. Авторы новой статьи рассмотрели Вселенную как лоскутное одеяло из заполненных материей областей, подобных нашей, и пустот. И все эти области взаимодействуют, притягивая и отталкивая друг друга. Теперь у нас есть не просто расширяющаяся губка размером в десятки миллиардов световых лет, но и губка, которая расширяется неравномерно. Сама идея не нова – она существует столько же, сколько и общая теория относительности. Проблема в том, что с ней математически сложно работать. Это связано с тем, что в общей теории относительности области различной плотности и пустоты должны быть соответствующим образом согласованы друг с другом, чтобы само пространство оставалось гладким. И среди физиков нет единого мнения о том, как это сделать правильно. Тем не менее, около 15 лет назад Дэвид Уилтшир, один из соавторов новой статьи, предложил модель, которая делает именно это. Он назвал ее «временным ландшафтом» (timescape). Это связано с тем, что в теории Эйнштейна время течет с разной скоростью в зависимости от количества материи в области. В этой модели то, что мы наблюдаем в нашей окрестности, подчиняется другим законам, чем то, что происходит в среднем на больших расстояниях. Мы можем чувствовать, что время течет с нормальной скоростью в нашем районе Вселенной, но в нескольких скоплениях галактик к северу время может течь медленнее. Уилтшир и его соавторы утверждают, что идея ускоренного расширения Вселенной – это неверная интерпретация того, что мы наблюдаем в нашей окрестности. В стандартной космологической модели то, что мы наблюдаем поблизости, и то, что происходит во всей Вселенной, должны быть идентичны. В модели Уилтшира это не так. Мы можем согласовать наблюдения сверхновых со Вселенной, которая расширяется, но расширение которой не ускоряется, и все это без необходимости в темной энергии. Исследователи сравнили, насколько хорошо модель Lambda-CDM и модель timescape соответствуют каталогу наблюдений сверхновых. В модели timescape не нужна космологическая постоянная, но вводится новая величина: соотношение заполненных материей областей Вселенной к пустотам. Авторы используют байесовский анализ и обнаруживают, что модель timescape фактически лучше соответствует данным. Представьте себе губку размером в десятки миллиардов световых лет, сделанную из галактик и расширяющуюся. Это согласуется с более ранними выводами, которые накапливались в течение некоторого времени, ставящими под сомнение космологический принцип, лежащий в основе Lambda-CDM, а вместе с ним и открытие темной энергии. В течение нескольких десятилетий астрофизики находили структуры во Вселенной, которые слишком велики, чтобы быть совместимыми с космологическим принципом, такие как: «Великая стена», «Огромная группа квазаров» и недавно обнаруженное «Большое кольцо». Согласно Lambda-CDM, этих крупных структур не должно существовать. Тем не менее, они существуют. Хотя идея Вселенной timescape имеет большой потенциал, слишком рано объявлять о конце темной энергии. Такие анализы сильно зависят от допущений и используемых данных, и я не удивлюсь, если другая группа вскоре заявит, что Lambda-CDM все-таки лучше. На решение таких вопросов требуется время. Вспомните, например, давний спор о том, что лучше соответствует астрономическим наблюдениям: темная материя или модифицированная гравитация. В зависимости от того, какие предположения вы делаете, одни и те же данные являются либо доказательством модифицированной гравитации, либо против нее. Есть еще одна проблема с моделью timescape. Хотя уравнения, которые использовали Зайферт, Уилтшир и их коллеги, имеют такое же количество параметров, как и модель Lambda-CDM, их полная модель значительно сложнее стандартной. И, по крайней мере для меня, осталось неясным, как делать расчеты в их модели. Тот факт, что использование модели потребует крутой кривой обучения, заставляет меня ожидать, что ее внедрение в астрономическом сообществе будет медленным. Как говорится, все модели неверны, но некоторые полезны, и каковы бы ни были ваши сомнения по поводу темной энергии, она, безусловно, оказалась полезной для объяснения многих наблюдений, таких как особенности космического микроволнового фона и рост галактических структур. Потребуется гораздо больше, чем одна статья, чтобы убедить астрофизиков в том, что темную энергию следует объявить мертвой. | |
| |
Просмотров: 61 | | |
Всего комментариев: 0 | |