# Куда исчезла темная энергия: Мэтт О'Дауд разбирает споры вокруг расширения Вселенной

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=7UNLgPIiWAg
Канал: PBS Space Time
Опубликовано: 09.11.2016

---

В 2016 году научное сообщество всколынуло заявление группы физиков во главе с Субиром Саркаром, поставившее под сомнение существование темной энергии — одной из главных загадок современной космологии. Проанализировав расширенный массив данных по сверхновым звездам, исследователи пришли к выводу, что Вселенная может расширяться с постоянной скоростью, без какого-либо ускорения. В этом материале ведущий научно-популярного канала PBS Space Time Мэтт О'Дауд подробно разбирает аргументы критиков и объясняет, почему космологи пока не спешат переписывать учебники и закрывать проекты по изучению темной энергии.

## 💥 Революция 1998 года и открытие темной энергии
[[JUMP:0:00]]

В 1998 году две независимые группы астрономов сделали заявление, перевернувшее наши представления о космосе: Вселенная не просто расширяется, но делает это с ускорением [0:26]. Открытие было сделано благодаря наблюдениям за взрывами сверхновых типа Ia [0:26]. 

Эти вспышки белых карликов обладают предсказуемой светимостью, что делает их идеальными «стандартными свечами» для определения космических расстояний [0:38]. Составив карту масштабов Вселенной на миллиарды лет в прошлое, ученые ожидали увидеть замедление расширения под действием гравитации [0:50]. Вместо этого они обнаружили, что последние несколько миллиардов лет расширение Вселенной ускоряется [1:03].

Чтобы объяснить этот феномен, ученые ввели понятие «темной энергии» — гипотетической силы, создающей отрицательное давление и противодействующей гравитации [1:03]. Это открытие принесло руководителям исследовательских групп — Адаму Риссу, Брайану Шмидту и Солу Перлмуттеру — Нобелевскую премию по физике [1:17].

## 🔍 Новое исследование: атака на «индустриальный стандарт»
[[JUMP:1:43]]

В октябре 2016 года команда ученых, в состав которой вошли Нильсен, Гуффанти и Саркар, опубликовала в престижном журнале *Nature* статью под названием «Marginal evidence for Cosmic acceleration from type 1A Supernova» [2:25]. Используя значительно пополнившуюся базу наблюдений за сверхновыми, они решили перепроверить выводы нобелевских лауреатов [2:51].

Основные особенности нового исследования:

*   **Масштаб выборки:** Новые авторы проанализировали 740 сверхновых типа Ia [2:51]. Для сравнения, в исторических работах 1998 года Адам Рисс и Брайан Шмидт использовали всего 10 объектов, а Сол Перлмуттер — 49 [3:04].
*   **Смелое заявление:** По мнению авторов статьи, накопленный массив данных прекрасно согласуется со сценарием, в котором никакого ускорения нет, а Вселенная расширяется с постоянной скоростью [1:43].
*   **Реакция медиа:** Пресса мгновенно растиражировала эти выводы под заголовками об «исчезновении темной энергии», практически не вдаваясь в научные детали [2:10].

Как отмечает Мэтт О'Дауд, на первый взгляд логика проста: больше данных — выше надежность [3:17]. Однако дьявол кроется в деталях статистической обработки этих данных.

## 📊 Статистический анализ: магия уровней значимости (Sigma)
[[JUMP:3:58]]

Чтобы разобраться в достоверности выводов, Мэтт О'Дауд предлагает обратиться к языку цифр и статистических погрешностей. 

В космологические уравнения Эйнштейна для описания антигравитационного эффекта темной энергии вводится так называемая космологическая постоянная, обозначаемая греческой буквой $\Lambda$ (лямбда) [4:11]. Если лямбда существует и больше нуля, значит, темная энергия реальна [4:26]. 

В новой работе ученые заявляют о «трехсигмовом» ($3\sigma$) уровне уверенности в том, что космологическая постоянная больше нуля [3:58]. Мэтт О'Дауд объясняет, что это означает на практике:

*   Уровень значимости $3\sigma$ означает, что при многократном повторении эксперимента примерно в 0,27% случаев (1 шанс из 300) случайные шумы и погрешности в данных могут показать наличие темной энергии там, где ее на самом деле нет [4:38].
*   В масштабах мировой науки, где одновременно проводятся тысячи исследований, ложноположительные результаты уровня $3\sigma$ случаются регулярно [5:06].
*   Для признания фундаментального открытия физики требуют надежности на уровне не менее $5\sigma$ [5:20]. Вероятность ложного результата в таком случае составляет всего 1 на 3,5 миллиона [5:20].

Таким образом, новые данные по сверхновым сами по себе не опровергают темную энергию. Они лишь указывают, что на основе *только одной* этой выборки нельзя со стопроцентной уверенностью утверждать, что расширение ускоряется [5:32].

## 🛠️ Инструмент кросс-валидации: почему нельзя доверять только одному источнику
[[JUMP:6:01]]

Медиа упустили ключевой факт: оригинальные статьи нобелевских лауреатов 1998 года на основе только первых данных по сверхновым также давали уровень значимости не выше $3\sigma$ [5:46]. Но почему тогда научный мир безоговорочно принял их выводы?

По словам Мэтта О'Дауда, физики никогда не полагаются на один тип наблюдений [6:01]. Наличие темной энергии подтверждается перекрестным анализом сразу трех независимых космологических инструментов [10:34].

Для наглядности используется график баланса плотности энергии во Вселенной, где по оси Y отложена доля темной энергии ($\Omega_\Lambda$), а по оси X — доля обычной и темной материи ($\Omega_m$) [7:08]:

1.  **Сверхновые звезды (Type Ia Supernovae):** На графике они дают широкую область возможных значений (синие овалы) [7:33]. Граница зоны погрешности в $3\sigma$ действительно касается линии нулевой темной энергии [8:00]. Но этот же крайний случай предполагает, что во Вселенной почти нет и обычной материи [8:25].
2.  **Плотность материи ($\Omega_m$):** Подсчет галактик и взвешивание скрытой массы показывают, что материя составляет не менее 20-30% от общей плотности Вселенной ($\Omega_m \approx 0.3$) [8:39]. Это сразу отсекает левую часть графика и исключает сценарий «без темной энергии» по данным сверхновых [8:51].
3.  **Реликтовое излучение (CMB):** Измерения углового масштаба флуктуаций космического микроволнового фона указывают на то, что наша Вселенная геометрически плоская ($\Omega_\Lambda + \Omega_m = 1$) [9:16]. На графике параметры плоской Вселенной лежат строго на диагональной линии [10:09]. 

Когда астрофизики математически объединяют независимые контуры достоверности от наблюдений сверхновых и реликтового излучения, область их пересечения сжимается в крошечное пятно [10:34]. Точка «нулевой темной энергии» оказывается настолько далека от этой зоны совмещенных данных, что вероятность ее существования падает далеко за пределы жесткого критерия $5\sigma$ [10:47].

Существуют и другие независимые подтверждения, например, барионные акустические осцилляции (BAO) [10:59]. Кроме того, концепция ускоренного расширения не выглядит чуждой для космологов: по общепринятым представлениям, нечто подобное уже происходило на самом раннем этапе жизни Вселенной в эпоху космической инфляции [11:27].

## 🔬 Значение научной дискуссии и послесловие ведущего
[[JUMP:11:13]]

Несмотря на то, что сенсация о «пропаже» темной энергии оказалась преувеличением, Мэтт О'Дауд подчеркивает огромную важность подобных критических работ [11:39]. Они демонстрируют главное преимущество научного метода: ни один, даже самый авторитетный и нобелевский результат не застрахован от повторных проверок и сомнений [11:51]. Ученым теперь предстоит детально разобраться, почему новые методы обработки данных привели к некоторому расширению статистической погрешности [12:06].

## 🚀 Колонизация Марса и домашняя физика: ответы на вопросы зрителей
[[JUMP:13:13]]

В конце выпуска Мэтт О'Дауд ответил на популярные комментарии к прошлым видео [13:13].

### Жизнь на Марсе: гравитация и здоровье
Ряд зрителей раскритиковал идею Мэтта о строительстве гигантских городов-центрифуг на Марсе, предположив, что марсианской гравитации в 0.4g будет достаточно для поддержания здоровья костей [13:27]. 

Ведущий парировал это замечание, указав на неочевидные медицинские аспекты:

*   Постоянное ношение утяжеленной одежды или ботинок помогает тренировать только скелет и мышцы [13:41].
*   До сих пор неизвестно, как в условиях пониженной гравитации на протяжении десятилетий будут работать внутренние органы человека, в особенности сердечно-сосудистая система [13:55].
*   Строительство вращающихся городов на магнитной подвеске внутри герметичных торов остается вполне жизнеспособной инженерной перспективой [14:09].

### Физика на кухне: как увидеть интерференцию без приборов
Отвечая на вопросы об эксперименте Томаса Юнга с двумя щелями (впервые проведенном в 1803 году [15:02]), Мэтт О'Дауд поделился простым способом увидеть дифракцию света прямо у себя дома [15:14]. 

Для этого не нужны сложные лазерные установки и нанометровые щели [14:36]. Достаточно поднести два пальца очень близко друг к другу, оставив крошечный зазор, расположить их вплотную к глазу и посмотреть на яркий источник света [15:26]. Темные вертикальные полосы, которые появятся в просвете — это не грязь или дефект зрения, а самые настоящие полосы деструктивной интерференции света, известные в физике как дифракция Фраунгофера [15:26].