Вселенная расширяется с ускорением под воздействием таинственной темной энергии — таково базовое положение современной космологии. Однако группа ученых из Университета Кентербери в Новой Зеландии оспаривает этот постулат, предлагая альтернативную физическую модель. Ведущий научно-популярного канала PBS Space Time разбирается, действительно ли темная энергия — это лишь иллюзия, вызванная неравномерным течением времени в разных уголках космоса.
🌌 Крах космологической константы или ошибка модели? 0:00
В декабре вышла научная работа, авторы которой утверждают, что темной энергии, считающейся доминирующей силой во Вселенной, просто не существует. Команда исследователей под руководством Антонио Корда (Antonio Cord) из Университета Кентербери в Новой Зеландии заявляет, что наблюдаемое ускоренное расширение Вселенной является следствием чрезмерного упрощения нашей текущей стандартной космологической модели.
По словам исследователей, общепринятая модель Lambda CDM не учитывает того факта, что время течет с разной скоростью в различных областях космоса. В регионах с сильной гравитацией — плотных скоплениях и нитях космической паутины — время замедляется, тогда как в гигантских пустых пространствах (войдах) между ними оно идет быстрее.
В результате формируется неоднородный временной ландшафт, где одни участки Вселенной могут быть на миллиарды лет старше других. Данный подход получил название модели Timescape («таймскейп», или ландшафт времени).
🚀 Как «ландшафт времени» заменяет темную энергию 1:58
Идею Timescape впервые предложил физик Дэвид Уилтшир (David Wiltshire) в 2007 году. В рамках этой концепции области Вселенной, где время идет быстрее, расширяются сильнее, чем те, где оно течет медленнее. По мнению новозеландских ученых, этот эффект способен в точности имитировать ускоренное расширение пространства, полностью исключая необходимость в реальном глобальном ускорении.
Ведущий канала PBS Space Time отмечает, что скептические заявления об отсутствии темной энергии звучат с момента ее открытия, однако данная публикация привлекла особое внимание научного сообщества. Проект хорошо обоснован с научной точки зрения, а авторы являются серьезными специалистами.
Чтобы понять суть проблемы, необходимо вспомнить, как именно астрономы измеряют историю космического расширения. Для этого используются сверхновые типа 1a — взрывающиеся белые карлики с предсказуемой светимостью. Свет от них тускнеет по мере распространения, что указывает на пройденное расстояние и время в пути.
Одновременно фотоны растягиваются (испытывают космологическое красное смещение) из-за расширения Вселенной. В конце 1990-х годов масштабные обзоры сверхновых преподнесли сюрприз: вместо ожидавшегося замедления расширения под действием гравитации ученые обнаружили его ускорение. Для объяснения этого феномена в общую теорию относительности Эйнштейна была возвращена космологическая константа, описывающая энергию вакуума, которую назвали темной энергией. За это открытие исследователи получили Нобелевскую премию по физике.
🧮 Упрощения уравнений Эйнштейна и реальная структура космоса 5:03
Для решения уравнений общей теории относительности применительно ко всей Вселенной физикам приходится идти на серьезные компромиссы. Главное допущение модели Lambda CDM состоит в том, что материя распределена в пространстве абсолютно равномерно — она гомогенна и изотропна. Это позволяет описывать влияние вещества одним числом — средней плотностью материи, используя уравнения Фридмана.
Однако на масштабах менее нескольких сотен миллионов световых лет Вселенная вовсе не гладкая. Она фрагментирована на колоссальные галактические кластеры, филаменты и разделяющие их космические войды — гигантские пустоты. Локальные структуры влияют на свет: фотоны приобретают энергию (синее смещение), падая в гравитационные колодцы скоплений, и теряют ее (красное смещение), выбираясь оттуда.
Большинство физиков считает, что когда свет от далеких объектов проходит сквозь множество войдов и сверхскоплений, эти эффекты взаимно компенсируются, и уравнения Фридмана работают корректно.
Модель Timescape предлагает принципиально иной взгляд. Согласно теории гравитационного замедления времени, подтвержденной экспериментально, ход часов зависит от гравитационного потенциала. По мнению сторонников Timescape, различия в скорости течения времени напрямую меняют локальный темп расширения пространства.
Поскольку со временем доля пустот (войдов) во Вселенной только растет, фотоны в позднюю космическую эпоху проводят в них больше времени и накапливают избыточное красное смещение. Там, где Lambda CDM видит ускорение расширения, модель Timescape видит лишь разрастание зон с ускоренным ходом времени.
📊 Проверка на данных Pantheon+ и аргументы критиков 9:18
Новый всплеск интереса к теории вызван тем, что команда исследователей опубликовала анализ результатов крупнейшего на сегодняшний день обзора сверхновых Pantheon+. Авторы работы утверждают, что Timescape лучше согласуется с данными по сверхновым, чем стандартная модель Lambda CDM.
На близких расстояниях, где неоднородность распределения массы проявляется сильнее всего, Lambda CDM справляется хуже из-за своего допущения об идеальной гладкости пространства. На больших дистанциях результаты моделей сближаются, но, по расчетам авторов, Timescape все равно сохраняет преимущество.
Если бы сверхновые были единственным доказательством, темной энергии пришел бы конец, тем более что Timescape опирается исключительно на чистую общую теорию относительности Эйнштейна без введения дополнительных сущностей, проходя по критерию бритвы Оккама. Однако модель Lambda CDM подтверждается целым рядом других независимых тестов:
- Барионные акустические осцилляции (BAO) — реликтовые звуковые волны, застывшие в виде колец в распределении галактик, размер которых независимо подтверждает ускоренное расширение.
- Эволюция крупномасштабной структуры Вселенной, которая идеально совпадает с компьютерными симуляциями, построенными на базе Lambda CDM.
- Геометрическая плоскостность Вселенной, для обеспечения которой около 70% всей энергии космоса должно приходиться именно на темную энергию.
Модель Timescape пока не смогла дать столь же успешных объяснений для этих феноменов. Кроме того, ключевой уязвимостью Timescape эксперты считают требование огромной разницы в ходе времени между войдами и скоплениями (в миллиарды лет).
Астрофизик Итан Сигель (Ethan Siegel) указывает, что согласно стандартным расчетам относительный сдвиг времени между этими регионами должен составлять всего от сотен до тысяч лет, чего совершенно недостаточно для моделируемого эффекта. Сами авторы Timescape также признают, что методика расчета расстояний до сверхновых требует сложной многоступенчатой калибровки и их модель нуждается в дальнейшей доработке.
Темная энергия пока никуда не исчезла, ведь Lambda CDM все еще дает наиболее непротиворечивое описание Вселенной на основе независимых наблюдений. Тем не менее любые трещины в стандартной модели, вроде проблемы Хаббла или данных о меняющейся со временем космологической константе, заставляют ученых внимательнее относиться к временному ландшафту нашего пространства-времени.
