Всесвіт без темної матерії: Нова модель кидає виклик космології

Сучасна космологія стикається з фундаментальними загадками, пов'язаними з природою темної матерії та темної енергії — гіпотетичних субстанцій, які, як вважається, складають близько 95% маси-енергії Всесвіту і є ключовими для пояснення його прискореного розширення та формування великомасштабних структур, таких як галактики та їх скупчення. Однак, незважаючи на десятиліття пошуків, прямих доказів їх існування так і не було знайдено. На цьому тлі з'являються альтернативні теорії, що пропонують по-новому поглянути на еволюцію космосу. Одну з таких радикальних ідей висунув доктор Річард Лью, професор фізики з Університету Алабами в Гантсвіллі (UAH), що входить до системи Університету Алабами.

У своїй новій статті, опублікованій у престижному науковому журналі Classical and Quantum Gravity, доктор Лью пропонує модель Всесвіту, яка кардинально відрізняється від стандартної космологічної моделі Великого Вибуху. Замість єдиного початкового вибуху, його теорія постулює існування серії множинних сингулярностей, що відбуваються у часі та рівномірно впливають на весь простір. Саме ці події, на думку вченого, можуть пояснити спостережуване розширення Всесвіту та механізми утворення космічних структур, повністю усуваючи необхідність у введенні понять темної матерії та темної енергії.

Ця робота розвиває попередні ідеї дослідника, зокрема гіпотезу про те, що гравітація може існувати і без наявності маси в традиційному розумінні. «Нова стаття пропонує вдосконалену версію попередньої моделі, яка також є радикально відмінною», — пояснює Лью. «Нова модель може пояснити як формування та стабільність структур, так і ключові спостережувані властивості розширення Всесвіту у великих масштабах, залучаючи часові сингулярності густини, які рівномірно впливають на весь простір, щоб замінити традиційну темну матерію та темну енергію».

Важливою перевагою вдосконаленої моделі Лью є те, що для своєї роботи вона не потребує екзотичних концепцій на кшталт «негативної маси» чи «негативної густини», які фігурують у деяких інших альтернативних теоріях. Натомість теорія Лью пропонує ідею, що Всесвіт розширюється завдяки серії стрибкоподібних спалахів, які він називає «транзієнтними часовими сингулярностями». Ці надзвичайно короткочасні події, за гіпотезою, наповнюють увесь космос матерією та енергією, але відбуваються настільки швидко, що їх неможливо спостерігати безпосередньо — вони ніби «блимають», з'являючись і зникаючи з існування.

Професор Лью проводить паралель із космологічними ідеями минулого: «Сер Фред Гойл виступав проти космології Великого Вибуху і постулював модель „стаціонарного стану“ Всесвіту, в якій матерія та енергія постійно створювалися в міру розширення Всесвіту. Але ця гіпотеза порушувала закон збереження маси-енергії». На відміну від моделі Гойла, модель Лью, хоч і припускає появу та зникнення матерії та енергії раптовими спалахами, не суперечить фундаментальним законам збереження. «У поточній теорії припускається, що матерія та енергія з'являються і зникають раптовими сплесками, і, що цікаво, тут немає порушення законів збереження», — зазначає дослідник. «Ці сингулярності неспостережувані, тому що вони трапляються рідко в часі та є невирішувано швидкими, і це може бути причиною того, чому темну матерію та темну енергію досі не знайдено. Походження цих часових сингулярностей невідоме — можна з упевненістю сказати, що те саме стосується і моменту самого Великого Вибуху».

Згідно з моделлю Лью, ці просторові сингулярності, що замінюють темну матерію, також генерують ефект, відомий як «негативний тиск». Цей тип густини енергії має відштовхувальну гравітаційну дію, подібну до тієї, що приписується темній енергії, і саме він змушує Всесвіт розширюватися з прискоренням. «Прикладом є негативний тиск, що чиниться магнітним полем уздовж силової лінії», — пояснює Лью. Він також нагадує, що сам Альберт Ейнштейн постулював існування негативного тиску у своїй праці 1917 року про космологічну сталу. Важливо, що в моделі Лью поєднання позитивної густини маси-енергії з негативним тиском має певні обмеження, які гарантують, що густина маси-енергії залишається позитивною відносно будь-якого спостерігача, що рухається рівномірно. Таким чином, нова модель уникає суперечливого припущення про негативну густину.

Назва статті Лью — «Чи є темна матерія та темна енергія всюдисущими?» — натякає на головний висновок дослідника. «Вони не є всюдисущими — тобто не присутні весь час», — каже він. «Вони з'являються лише на короткі миті, під час яких матерія та енергія дійсно заповнюють увесь Всесвіт рівномірно, за винятком випадкових просторових флуктуацій густини, які з часом зростають, утворюючи зв'язані структури, такі як галактики». У проміжках між цими спалахами їх ніде не знайти. «Єдина відмінність між цією роботою та стандартною моделлю полягає в тому, що часова сингулярність сталася лише один раз в останній, але більше одного разу в першій», — підсумовує Лью.

Щодо майбутнього своїх досліджень, професор Лью вважає, що наступний крок до перевірки його моделі космосу може бути зроблений за допомогою спостережень із використанням наземних інструментів, а не космічних телескопів на кшталт «Джеймса Вебба». «Найкращий спосіб шукати запропонований ефект — це фактично використовувати великий наземний телескоп, такий як обсерваторія Кека [Ваімеа, Гаваї] або Група телескопів Ісаака Ньютона в Ла-Пальмі, Іспанія, для проведення спостережень глибокого поля, дані яких будуть „нарізані“ відповідно до червоного зміщення», — зазначає дослідник. Червоне зміщення є мірою того, наскільки розтягнулося світло від далеких об'єктів через розширення Всесвіту, і дозволяє оцінити відстань до них та час, коли світло було випромінене. «За умови достатньої роздільної здатності за червоним зміщенням (або, еквівалентно, за часом), отриманої шляхом „нарізки“ за червоним зміщенням, можна було б виявити, що діаграма Габбла демонструє стрибки у співвідношенні між червоним зміщенням та відстанню, що було б дуже показовим», — вважає Лью. Такі стрибки могли б свідчити про епізодичні сплески енергії, передбачені його моделлю.

Хоча модель доктора Лью є вельми спекулятивною і потребує ретельної теоретичної розробки та, що найважливіше, експериментальної перевірки, вона є цінним прикладом наукового пошуку альтернативних шляхів пояснення фундаментальних властивостей нашого Всесвіту. Вона кидає виклик усталеним уявленням і стимулює дискусію про природу гравітації, енергії та самої тканини простору-часу, нагадуючи, що найбільші загадки космосу все ще чекають на своє розв'язання.