Согласно самым точным имеющимся данным, Вселенная расширяется, и это расширение ускоряется. Проблема для учёных заключается в том, чтобы объяснить, что является причиной этого ускорения — и соответствует ли самое простое объяснение всем новым измерениям.
Тёмная энергия — одно из выдвинутых объяснений: это скорее название неизвестной составляющей, лежащей в основе ускоряющегося расширения Вселенной, чем само решение этой проблемы. В стандартной космологической модели на долю тёмной энергии приходится примерно 68% энергетической плотности Вселенной. Однако эти цифры по‑прежнему не вполне согласуются с квантовой теорией поля.
В новой статье, опубликованной в журнале «Physical Review D», физик Саввас Кушиаппас из Брауновского университета в США выдвигает гипотезу, что некоторые явления, обычно приписываемые тёмной энергии, могут на самом деле быть следствием квантовой модификации самой геометрии Вселенной. В его модели размер и скорость расширения Вселенной невозможно одновременно точно определить. Предполагаемая неопределённость изменяет уравнения, которые космологи используют для описания расширения, влияя на то, как скорость расширения меняется со временем. Затем Кушиаппас обращается к квантовой гравитации, чтобы все элементы теории удовлетворительно сошлись воедино.
Квантовая гравитация — это область теории поля, которую физики исследуют с целью обеспечить согласованность общей теории относительности с квантовой механикой. Общая теория относительности чрезвычайно точно описывает гравитацию и крупномасштабную структуру пространства‑времени, в то время как квантовая механика описывает поведение материи и света, как правило, на микроскопических масштабах.
«В этих рамках космическое ускорение предстаёт как макроскопический след квантовой гравитации на космологическом горизонте», — пишет Коушиаппас.
Другими словами, ускорение расширения Вселенной может нести в себе след квантово‑гравитационной физики, а не обязательно быть результатом исключительно воздействия тёмной энергии. Важно, что Коушиаппас утверждает: соответствующий квантовый масштаб может простираться до границы Вселенной, с которой мы можем наблюдать свет (космологический горизонт).
Если модель верна, она может дать астрономам наблюдаемый признак квантово‑гравитационной физики в истории расширения Вселенной, а не просто абстрактную концепцию. Это может изменить понимание физиками понятия «тёмная энергия», перенеся часть объяснения с неизвестного материального компонента на изменённую космическую геометрию.
Коушиаппас также описывает альтернативную конфигурацию своей модели, которая разрешает некоторые проблемы, возникающие в связи с Большим взрывом, где законы общей теории относительности перестают действовать. Согласно новому предложению, наша Вселенная возникла бы не из точки с бесконечной плотностью, а в результате «отскока» более ранней, сжимавшейся Вселенной.
Коушиаппас признаёт, что и этот новый подход не даёт исчерпывающего ответа на все вопросы. Несоответствия и открытые вопросы остаются.
Дальнейшие расчёты и, в особенности, новые наблюдения глубокого космоса должны помочь проверить эти новые идеи на практике. Данные обзоров DESI, Euclid и обсерватории имени Веры К. Рубин могут позволить достаточно точно уточнить измерения истории расширения Вселенной, чтобы узнать больше.
«Похоже, что история расширения, которую мы сейчас измеряем, не согласуется с самой простой из имеющихся у нас теорий», — пишет Коушиаппас.
Источник: habr.com