Кой ускорява разширението на Вселената?

Когато в края на 90-те години на ХХ век астрономите се убедиха, че заобикалящата ни Вселена се разширява с ускорение, най-логична беше хипотезата за тъмната енергия.

Тази тайнствена космологична константа и неизменна енергийна плътност, равномерно запълва космическото пространство и кара Вселената да се разширява.

Алтернативно обяснение, като например за модифицираните закони на гравитацията, така и не спечели повечето физици. И изглеждаше, че така ще си бъде и занапред. Ето че сега пред нас е поредният опит да се реши проблемът с разширението по трети път, с принципно различен подход.

Група учени от Хелзинкския университет (Финландия) смятат, че наблюдаваното ускорено разширение всъщност може да е резултат от наличието на региони в пространство-времето, които отвътре са по-големи, отколкото изглеждат отвън – нещо от рода на НИИЧАВО*.

Защо авторите не харесват тъмната енергия, е ясно – тази теория не е лесна в смисъл на фалсифицируемост (опровержимост), тъй като разчетната плътност на тъмната енергия е толкова малка, че в обозримо бъдеще тя не може да се измери в лаборатория. Тоест не може със сигурност да се каже вярна ли е тази идея. Освен това отрицателното налягане на тъмната енергия трябва да поражда отблъскване, антигравитация – нещо, което още не е фиксирано в природата.

А и теоретичните предсказания на стойностите на тъмната енергия толкова не съвпадат с наблюдаваните на практика, че дори е неудобна да се говори. И на толкова фрагментарно разбирано явление се приписват три четвърти от масата на Вселената, иначе ускореното разширение не би се получило.

Идеите на финландските учени започват с геометрията на пространството. Метриката на Фридман-Льометр-Робъртсън-Уокър, приета в днешната космология и съответстваща на Айнщайновите уравнения, описва строго хомогенна и изотропна Вселена, която може или да се разширява, или да се свива. В резултат наблюдателят, живеещ в такава Вселена, поглеждайки в някоя посока, ще види принципно едно и също.

А как стои въпросът със звездите, планетите, галактиките и техните купове, ще попитате вие. Това се обяснява така, че на разстояния, надвишаващи няколко милиарда светлинни години, всички тези малки нееднородности са неразличими. И следователно става дума само за статистически флуктуации в разпределянето на материята.

Изследователите прибегнали към модела „швейцарско сирене”, тоест към Вселена, в която е налице метриката Фридман-Льометър, но има случайни „дупки в сиренето” – празнини, правещи пространство-времето нееднородно на мащаби под милиарди светлинни години – точно като в този свят, който ни заобикаля.

Но какво да правим с дупките? Някак неестетично ни се струва Вселена с дупки. И от физическа гледна точка съвсем празни места изглеждат странно. Затова в „дупките”, смятат учените, има „тапи”, пълни с прах – в точно съответствие с теориите на Айнщайн.

В модела на финландските изследователи пространствените компоненти според възникването и развитието на пространство-времето – тоест практически през цялото време след Големия взрив – се свиват в „себе си”. В резултат на това „свиване” дължината на пътя, преминаващ през „тапата”, в модела расте, макар външните размери на региона от пространството, в което се намира „тапата”, да не се изменят. Освен това за някои „тапи” моделирането показало нарастване на пътя, преминаващ през тях, през целия живот на Вселената.

Изследователите наричат такива „тапи” ТАРДИС (машина на времето, космически кораб от британския сериал „Доктор Кой” – б.р.). В нашето културно пространство това явление може да се съотнесе по-скоро към НИИЧАВО, където някои помещения според развитието на института се увеличават по обем. Пространството, съдържащо ТАРДИС сектор, се нарича пространство-време ТАРДИС.

Какво се случва в ТАРДИС секторите при нарастването на Вселената? Поради гравитацията регионите на нееднородното пространство-време, което има голяма плътност на материята, ще се разширява по-бавно, отколкото по-малко плътното, тъй като силата на тежестта, задържаща заедно по-малко плътните области, ще бъде по-слаба, отколкото там, където материята е повече.

Следователно ТАРДИС секторът се разширява по-бързо, отколкото околното пространство, запълнено с прах, но отвън изглежда, че размерите му не се променят.

Добре, само че не е много ясно как възниква илюзията за ускорено разширение на Вселената. Когато наблюдателят (ние) гледа към далечно ъгълче на Вселената, той го вижда през пространството „швейцарското сирене”, дупките, запълнени с ТАРДИС тапи. Колкото по-далече е обектът, наблюдаван от нас от Земята, толкова повече такива тапи има между нашите очи и обекта.

В резултат пътят, който трябва да си проправи светлината, идваща от квазар, който е да речем на един милиард светлинни години от нас, бързо става доста по-голям от един милиард светлинни години. Тоест разширението на Вселената ще изглежда ускорено дори без каквато и да е тъмна енергия.

Според съвременните данни отначало Вселената не се е разширявала с ускорение, нейното разширение е придобило такъв характер буквално в последните милиарди години. Впрочем учените провели моделиране, в което ТАРДИС секторите са много, но са относително малки (на фона на общите размери на Всичко.

В такъв случай отначало ще изглежда, че малките ТАРДИС сектори се разширяват примерно със същата скорост, както потопеното с прах пространство между тях. Но с времето ТАРДИС регионите ще се разширяват по-бързо, отколкото „сиренето” (пространството между тях) като цяло. И някога ще заемат къде по-голяма част от пространството между земния наблюдател и всеки отдалечен обект, създавайки оптична илюзия, че разширението на Вселената на далечни разстояния показва значително ускорение.

Преимуществото на хипотезата е очевидно – тя обяснява всичко, видимо с очите, без да привлича невидими и смътни явления като тъмната енергия.

Недостатъците също са ясни – както и тъмната материя, ТАРДИС регионите не могат да се измерят с линийка нито сега, нито после.

Само едно нещо може да се каже с точност: съвременната физика намери начин да обясни еволюцията на Вселената без тъмна енергия.

–––––––

*Научноизследователски институт за чародейства и вълшебства (НИИЧАВО) е измислен научноизследователски институт, място на действието от фантастичните повести на братя Аркадий и Борис Стругацки „Понеделник започва в събота” и „Приказка за Тройката”.

НИИЧАВО, както следва от името му, се занимава с научни изследвания в различни области на магията – от най-архаичните до най-напредналите. Един от прототипите на НИИЧАВО е Пулковската обсерватория, в която е работил Борис Стругацки.

С изследването можете да се запознаете тук.

Източник: Gizmag