Чи є Всесвіт більш «неоднорідним», ніж ми думали? Нові дані ставлять під сумнів вікові основи космології
Більше 100 років фундамент сучасної космології спирався на одне елегантне припущення: Всесвіт однорідний і рівномірний у своїх найбільших масштабах. Однак нові дослідження показують, що це переконання може бути помилковим. Дані, що з’являються, вказують на те, що Всесвіт може бути набагато більш «плямистим» (неоднорідним), ніж вважалося раніше. Це відкриття здатне докорінно змінити наше розуміння простору, часу та космічної еволюції.
Помилковий фундамент: Модель FLRW
Щоб зрозуміти, чому це важливо, необхідно розглянути модель FLRW (названу на честь Фрідмана, Леметра, Робертсона та Уокера). Оскільки скласти карту кожної окремої галактики неможливо, космологи традиційно використовували цю модель спрощення Всесвіту. Вона передбачає дві ключові властивості:
- Гомогенність (однорідність): Всесвіт виглядає приблизно однаково, незалежно від того, де ви знаходитесь.
- Ізотропія: Всесвіт виглядає однаково у всіх напрямках.
Розглядаючи Всесвіт як гладку, рівномірну «рідину», вчені змогли інтерпретувати майже всі космологічні спостереження через цю призму. Але якщо насправді Всесвіт характеризується великомасштабними неоднорідностями — або «грудками» — то математичні інструменти, що використовуються для її вимірювання протягом останнього століття, можуть давати спотворене уявлення про реальність.
Новий спосіб перевірки реальності
У серії недавніх препринтів дослідники запропонували та протестували новий метод, щоб визначити, наскільки життєздатною є модель FLRW.
Методологія: Тімоті Кліфтон (Лондонський університет королеви Мері) та Аста Хайнесен (Копенгагенський університет) розробили тест, що використовує комбінації формул космічних відстаней. Ці формули виводяться на основі спостережень за надновими та коливаннями щільності матерії.
* Еталон «нуля»: Тест сконструйований так, що якщо модель FLRW правильна, результат має бути строго дорівнює нулю. Будь-який ненульовий результат служить незаперечним доказом того, що модель не здатна описати реальний Всесвіт.
* Роль ІІ: Застосування цього тесту до існуючих даних дуже важко, оскільки більшість минулих наборів даних вже були оброблені з використанням припущення про вірність FLRW. Щоб оминути цю упередженість, Хайнесен і Софі Марі Коксбанг (Південнодатський університет) використовували символьну регресію — метод на базі ІІ — для отримання вимірювань відстаней без опори на стару модель.
Результати виявилися разючими: дослідники отримали явний ненульовий результат, що вказує на недосконалість стандартної моделі.
Чому це важливо: вирішення космологічних загадок
Якщо ці висновки підтвердяться, вони можуть стати «ланкою, що не вистачає» для вирішення кількох серйозних проблем у фізиці. В даний час космологи стикаються з низкою незрозумілих явищ, включаючи:
- Розбіжність у темпах розширення: Невідповідність між швидкістю, з якою Всесвіт розширювалася на ранніх етапах своєї історії, і швидкістю, з якою вона розширюється зараз.
- Загадка темної енергії: Недавні виміри показують, що темна енергія – таємнича сила, що рушить космічне розширення, може змінюватися з часом, що суперечить стандартним теоріям.
Кліфтон припускає, що ці загадки можуть бути викликані не «новою фізикою» на кшталт дивної темної енергії, а помилковою математикою. Якщо Всесвіт неоднорідний, а не гладкий, то наші поточні виміри — це лише «середні значення», які не враховують локальні аномалії. «Плямистий» Всесвіт природним чином створював би ті розбіжності у швидкостях розширення та вимірах енергії, які ми спостерігаємо.
Шлях вперед
Хоча результати виглядають багатообіцяюче, наукова спільнота зберігає обережність. Отримані дані ще не досягли суворого статистичного порогу, необхідного для офіційної заяви про «відкриття». Тепер дослідницька група має дочекатися більш точних астрономічних даних від майбутніх місій, щоб перевірити, чи збережеться цей сигнал.
Як зазначив Субодх Патіл з Лейденського університету, хоча обережність необхідна, щоб уникнути неправильної інтерпретації даних, сам підхід є «фантастичним», оскільки він торкається найбільш фундаментальних питань у цій галузі.
«Це говорить про те, що Всесвіт може бути не таким простим, як здається», — стверджує Тімоті Кліфтон.
Висновок
Якщо Всесвіт справді неоднорідніший, ніж дозволяють наші моделі, ми можемо опинитися на порозі зміни парадигми, яка вирішить найглибші протиріччя сучасної фізики.
