Ускоренное расширение Вселенной остается одной из самых глубоких загадок современной физики. На протяжении десятилетий ученые полагались на концепцию «темной энергии» – невидимой силы, составляющей около 68% от общего энергобюджета космоса, – чтобы объяснить наблюдаемое ускорение. Однако истинная природа и происхождение этой загадочной сущности до сих пор остаются неизвестными, вызывая постоянные споры в научном сообществе. Существующие космологические модели, основанные на общей теории относительности Эйнштейна и Стандартной модели физики элементарных частиц, требуют ручного добавления этого фактора, что делает решение неполным и неудовлетворительным.
Команда исследователей из Центра прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) при Бременском университете в сотрудничестве с коллегами из Трансильванского университета Брашова (Румыния) предложила принципиально новый взгляд на эту проблему. Их революционная работа указывает на то, что ускоренное расширение Вселенной может быть объяснено – по крайней мере частично – без необходимости привлекать «темную энергию».
Основной инструмент космологов для описания эволюции Вселенной – это общая теория относительности в сочетании с уравнениями Фридмана. Эти уравнения прекрасно работают в масштабах нашей Солнечной системы, но когда их применяют к астрономическим наблюдениям в гораздо больших масштабах, они дают неверные результаты. Чтобы подогнать теоретические предсказания под данные телескопов, физикам приходится искусственно вводить в уравнения дополнительный «член темной энергии». Это добавление не вытекает естественным образом из самой теории, что давно воспринималось как временное и не до конца обоснованное решение.
Именно это ограничение побудило команду ZARM и их румынских соавторов искать альтернативные пути. Их результаты, опубликованные в журнале «Journal of Cosmology and Astroparticle Physics», основаны на расширении общей теории относительности, известном как гравитация Финслера. Этот подход активно разрабатывался в последние годы и предлагает более широкое описание геометрии пространства–времени.
В отличие от стандартной формулировки общей теории относительности, гравитация Финслера способна более точно описывать гравитационное поведение газов. Эта тонкость оказывается крайне важной при моделировании крупномасштабного поведения Вселенной, где преобладают разреженные газовые облака и скопления галактик.
Применив гравитацию Финслера к уравнениям Фридмана, исследователи получили поразительный результат. Модифицированные уравнения, получившие название уравнений Финслера–Фридмана, естественным образом предсказывают ускоренное расширение Вселенной даже в пустом пространстве. Не требуется никаких дополнительных допущений, и нет необходимости вручную добавлять какой-либо «член темной энергии».
«Это очень важное указание на то, что мы можем объяснить ускоренное расширение Вселенной, по крайней мере частично, без «темной энергии», основываясь на обобщенной геометрии пространства–времени», – комментирует Кристиан Пфайфер, физик ZARM и член исследовательской группы. – «Этот новый геометрический взгляд на проблему «темной энергии» открывает новые возможности для лучшего понимания законов природы в космосе».
Работа ученых предлагает свежую перспективу на одну из величайших нерешенных задач космологии, потенциально меняя наше представление о фундаментальных силах, управляющих расширением нашего мироздания.
