На протяжении более двух десятилетий исследователи полагали, что Вселенная расширяется с ускорением благодаря таинственной темной энергии — невидимой форме энергии, которая, в соответствии с актуальной космологической моделью, составляет большую часть содержимого космоса. Однако свежая научная работа поставила под сомнение ряд базовых допущений, на которых держится эта теория. Исследователи обнаружили свидетельства того, что расширение Вселенной, вероятно, происходит не совсем так, как описывает современная модель, а фиксируемые эффекты могут объясняться более сложной структурой космоса. Почему эксперты вновь начали обсуждать пересмотр ключевой теории устройства Вселенной и что это означает для дальнейшей науки, — в материале «Известий».
От Эйнштейна до темной энергии: как исследователи пробовали объяснить расширение ВселеннойЕще в начале прошлого века восприятие космоса человечеством претерпело коренные изменения. В 1915 году Альберт Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности, которая представила гравитацию не как стандартную силу, а как искривление пространственно-временного континуума под действием массы и энергии. Эта теория легла в фундамент современной космологии и дала ученым возможность воспринимать Вселенную как цельную физическую систему, изучаемую с помощью математических моделей.
Тем не менее вскоре после появления теории возникли данные наблюдений, продемонстрировавшие: Вселенная не является неизменной. В 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл выявил, что отдаленные галактики отдаляются от Земли, при этом чем более далеко находится космический объект, тем стремительнее он от нас уходит. Это послужило первым весомым доказательством того, что космос расширяется.
Справка «Известий»Изначально сам Эйнштейн не допускал, что Вселенная способна расширяться. Чтобы его уравнения отвечали идеям о статичном космосе, ученый добавил в них дополнительный параметр — космологическую постоянную. Позднее, после обнаружения расширения Вселенной, Эйнштейн признал эту задумку ошибочной и, согласно широко известной истории, называл ее одной из своих величайших ошибок.
Однако десятилетия спустя космологическая постоянная внезапно вернулась в научный обиход. В конце XX века ученые выяснили, что расширение Вселенной не просто длится — оно набирает скорость. Для трактовки этого феномена исследователи снова прибегли к концепции энергии, действующей как своеобразная «антигравитация» и побуждающей пространство расширяться все быстрее.
Эту неведомую силу окрестили темной энергией. В наши дни она выступает одним из центральных компонентов стандартной модели космологии — модели ΛCDM. Согласно актуальным расчетам, приблизительно 70% Вселенной приходится именно на темную энергию, около 25% — на темную материю, а обычное вещество, из которого сложены звезды, планеты и люди, составляет лишь малую толику космоса. При этом исследователи по сей день не знают, чем в действительности является темная энергия. Ее нереально увидеть прямо или зафиксировать с помощью стандартных телескопов. О ее наличии судят исключительно по тому воздействию, которое она оказывает на движение и размещение космических объектов.
Вселенная способна оказаться сложнее, чем предполагала модель: что выявили ученыеНовая исследовательская работа сопряжена с одним из ключевых устоев текущей космологии — допущением о том, что Вселенная в крупных масштабах однородна и одинакова по всем направлениям. Эта идея находится в ядре модели Фридмана — Леметра — Робертсона — Уокера (FLRW), применяемой для описания расширения космоса. Следуя данной модели, во Вселенной нет «выделенного» направления: если вести наблюдение космоса в довольно больших масштабах, его параметры обязаны выглядеть примерно идентичными вне зависимости от того, куда устремлен телескоп. Как раз на этом постулате выстраиваются многие вычисления, касающиеся темной энергии.
Однако ученые, проанализировав информацию о далеких сверхновых типа Ia, выявили свидетельства того, что изображение может быть более комплексным. Эти космические тела нередко именуют «стандартными свечами»: их установленная яркость дает астрономам возможность вычислять расстояния во Вселенной и исследовать темпы ее расширения. В 2011 году за это открытие была вручена Нобелевская премия по физике Солу Перлмуттеру, Брайану П. Шмидту и Адаму Г. Риссу.
Анализ продемонстрировал потенциальные отличия в том, как выглядит ускорение расширения в разных направлениях. Это способно означать, что доля наблюдаемых эффектов, прежде относимых исключительно к темной энергии, может быть сопряжена с неоднородностью самой Вселенной. Речь не о том, что ученые нашли «центр Вселенной» либо подтвердили, что Земля находится в особом положении в космосе. Исследователи рассуждают о более непростой дилемме: вероятно, отдельные свойства Вселенной в крупных масштабах отличаются от того, что постулировала стандартная модель.
Значимым термином в этой полемике стала так называемая космическая дипольная аномалия — регистрируемые различия в размещении космических тел по разным направлениям. Если подобные отклонения обретут подтверждение в грядущих исследованиях, ученые будут вынуждены скорректировать существующие представления о структуре и эволюции космоса.
Конец темной энергии: почему ученые пока не торопятся переделывать историю ВселеннойВопреки сенсационным заголовкам, новая работа не подразумевает, что темная энергия сочтена ошибкой либо что действующая космологическая модель более не функционирует. В науке схожие умозаключения нуждаются в верификации независимыми наблюдениями и обширным массивом сведений. У темной энергии и сейчас существует несколько весомых обоснований. Ее наличие согласуется не только с мониторингом сверхновых, но и с анализом космического микроволнового фона — излучения, уцелевшего после ранней Вселенной, а также с исследованием размещения галактик в космосе.
Однако как раз подобные изыскания содействуют ученым в проверке пределов действующих теорий. История науки демонстрирует, что даже наиболее успешные модели способны требовать корректировок: в свое время замыслы Эйнштейна трансформировали понимание пространства и времени, а сейчас свежие наблюдения могут побудить исследователей по-новому посмотреть на то, как эволюционирует сама Вселенная.
Если будущие наблюдения утвердят обнаруженные отклонения, это способно привести не к отрицанию темной энергии, а к формированию более точной модели космоса, которая качественнее растолкует все имеющиеся данные. Пока же ученые не прекращают изучать одну из самых значительных тайн современной физики. Темная энергия сохраняет статус гипотезы, содействующей объяснению обозримой Вселенной, однако новые изыскания напоминают: даже краеугольные представления о космосе не выступают окончательными. Возможно, грядущий переворот в постижении Вселенной стартует как раз с тех отклонений, которые сейчас видятся несущественными.