Scienty

Современная космологическая модель, известная как лямбда-CDM, предполагает, что Вселенная расширяется с ускорением благодаря темной энергии. По предварительным расчетам, ее доля в общей массе Вселенной может достигать 70%. Тем не менее, недавно физики из Германии и Румынии создали новую математическую модель, демонстрирующую возможность экспоненциального расширения даже без участия темной энергии.

Фото: img.freepik.com

В 1998 году астрономические наблюдения за сверхновыми звездами типа Ia показали, что Вселенная расширяется с ускорением. Это открытие, за которое ученые позже получили Нобелевскую премию, оказалось несовместимым с предсказаниями Общей теории относительности. Согласно этой теории, подобное ускорение невозможно: гравитационное притяжение обычной материи и излучения должно замедлять расширение, а не способствовать ему.

Для объяснения ускоренного расширения Вселенной ученые предположили существование темной энергии, которая не входит в стандартную модель ( ΛCDM, эффект, возникающий при использовании темной энергии (или лямбда-CDM), можно объяснить с помощью космологической константы Λ, изначально предложенной Эйнштейном. Она проявляет себя как сила, противодействующая гравитации и «разгоняющая» галактики.

Существуют нерешенные вопросы: природа темной энергии остается загадкой, а скорость расширения Вселенной, которая и называется постоянная Хаббла — варьируется в зависимости от применяемого способа вычисления. Это порождает одно из ключевых противоречий общепринятой космологической модели, о чем Naked Science рассказывал ранее.

Чтобы определить, возможно ли исключить темную энергию из уравнений (что значительно упростило бы решение), авторы недавнего исследования, опубликованной в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, обратились к основанной на ОТО финслеровой геометрии — отдельной области дифференциальной геометрии, получившей в последние годы широкое применение в теоретической физике, — и, в особенности, к ее влиянию на формирование структуры пространства-времени и развитие теории гравитации.

Согласно математической модели, созданной физиками под руководством Кристиана Пфайфера из Бременского университета (Германия), пространство-время способно расширяться с ускорением даже в полном вакууме, если учитывать более сложную структуру движения частиц, чем та, что описывается общей теорией относительности.

Ученые предполагали, что широкий спектр физических систем, начиная от звезд и газовых облаков и заканчивая всем космосом, можно представить как кинетические газы, поведение системы, чье поведение определяется распределением частиц по скоростям, позволило выяснить, оказывают ли влияние на гравитацию все моменты распределения скоростей частиц. Для этого была использована финслерова геометрия, в которой расстояние и метрика зависят не только от координат, но и от направления и скорости движения.

После учета всех параметров распределения частиц, физики получили финслеровы уравнения Фридмана, изучая эволюцию Вселенной, решение уравнений, описывающих вакуумное состояние, то есть пространство без материи и излучения, привело к неожиданному выводу: Вселенная расширяется в экспоненциальном темпе. Полученные данные были проверены посредством численного моделирования.

Альтернативное объяснение ускоренного расширения космоса возможно без использования космологической константы Λ, известной также как темная энергия. По мнению Пфайфера и его соавторов, финслерова Вселенная демонстрирует стабильность и поведение, сходное с наблюдаемой нами, при этом ее ускоренное расширение обусловлено непосредственно геометрическими характеристиками пространства-времени.

Интерпретировать полученные данные необходимо с учетом ряда ограничений: предложенная модель является теоретической и нуждается в подтверждении при работе с реальной материей, при этом авторы не исключают возможность существования темной энергии.