Русские физики сенсационно предложили заменить тёмную энергию антигравитацией

Физики из России и США рассчитали, как должны вести себя чёрные дыры в сжимающейся Вселенной. Вычисления показали, что они должны были создать мощные антигравитационные силы, породившие Большой взрыв. Если расчеты учёных подтвердятся, речь будет идти о серьёзном пересмотре современной физической картины мира. Соответствующая статья, вышедшая в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, уже вызвала бурную дискуссию как в блоге Горькавого, так и на площадках его оппонентов.

С конца 1990-х годов, после открытия того факта, что Вселенная расширяется с ускорением, встал вопрос о том, что заставляет её делать это. Теоретически гравитация наполняющих Вселенную тел должна постепенно замедлять её расширение. Тогда физики предположили существование некой отталкивающей силы, названной ими тёмной энергией. Сегодня это предмет интенсивнейших исследований, порождающих более тысячи научных публикаций в год. Проблемы с фиксацией тёмной энергии на практике неоднократно подводили ряд физиков к попыткам "закрыть" тёмную энергию, однако обычно их аргументы легко опровергались оппонентами.

Новая публикация Горькавого и Василькова также пытается "закрыть" тёмную энергию, а заодно и прояснить причины Большого взрыва — весьма неясные на данном этапе развития физики. Для этого учёные рассмотрели гипотетическую ситуацию, когда вся Вселенная сжимается после цикла расширения. Плотность энергии в ней при этом растёт обратно пропорционально четвёртой степени радиуса, то есть очень быстро. В какой-то момент внутри такой Вселенной остаются в основном чёрные дыры и фотоны очень высоких энергий (гамма-фотоны). Чёрные дыры в ограниченном пространстве непрерывно сливаются, порождая мощные гравитационные волны. Опираясь на данные LIGO, недавно зарегистрировавшего первое известное слияние чёрных дыр (далее — ЧД), физики оценили потерю массы при таком слиянии в пять процентов от исходной массы ЧД. Энергия, полученная при потере данной массы, "уходит" в гравитационные волны.

Авторы работы использовали уравнения Эйнштейна для системы, состоящей из сливающихся чёрных дыр, чтобы понять, что произойдёт с гравитационным полем системы, которая быстро теряет таким образом гравитационную массу. Вычисления показали, что в такой системе возникает мощная сила гравитационной природы, но не притягивающая, а отталкивающая. В школьном уравнении для ньютоновского притяжения его сила обратно пропорциональна квадрату расстояния. Однако в рамках расчётов Горькавого — Василькова там появляется дополнительный отталкивающий член, обратно пропорциональный радиусу Вселенной.

Иными словами, в момент максимального сжатия последней эта отталкивающая сила огромна. Когда она превышает силу взаимного притяжения объектов, то начинает с огромной скоростью расталкивать их в разные стороны. В реальных условиях конца предыдущего цикла Вселенной, полагают учёные, это привело к Большому взрыву. Следует отметить, что эта трактовка довольно далеко отходит от современного представления о проблеме. Пока физика уверенно не может ответить на вопрос о том, что было до него. Нет полной ясности и с тем, можно ли говорить о чём-то "до" этого события. По популярной точке зрения, Большому взрыву предшествовала сингулярность, когда всё вещество Вселенной было сжато в точку, и время там могло "застыть".

После Большого взрыва отталкивающий член в уравнении не исчез, но по мере расширения Вселенной его действие ослабевало. Сейчас его хватает лишь для того, чтобы наращивать скорость её расширения, действуя вместо гипотетической тёмной энергии.

Гипотеза Горькавого — Василькова резко корректирует сложившуюся физическую модель мироздания. Во-первых, она исключает оттуда тёмную энергию — неизвестную гипотетическую субстанцию, которой ранее приписывали нарастающую скорость расширения Вселенной. Сегодня физическое сообщество считает, что на неё приходится 74 процента от массы всей материи.

Во-вторых, если тёмной энергии нет, а есть только "реликтовая" антигравитация (из времён до Большого взрыва), то по мере роста радиуса Вселенной расталкивающая её сила будет резко падать. Теоретически она может стать настолько малой, что расширение прекратится и начнётся новое сжатие. В-третьих, текущие физические взгляды утверждают, что на каком-то этапе в прошлом Вселенная расширялась со скоростью, превышающей световую. То есть до самых дальних галактик, видимых в телескопы, не 13 миллиардов световых лет (сколько их свет шёл до нас), а десятки миллиардов световых лет. Если Горькавый прав, эта точка зрения может быть неверна: гравитационные волны не распространяются быстрее света.

Итак, если расчёты авторов подтвердятся, размеры Вселенной, её наполнение и дальнейшая судьба подвергнутся значительному пересмотру. В этом случае она радикально меньше, в ней нет главного по массе компонента, и в будущем её может не "разорвать", а сжать.

Понятно, что работа, с такой силой меняющая ландшафт теоретической физики, нуждается в экстраординарных доказательствах. По тем же причинам она вызвала яркое неприятие сразу ряда физиков-теоретиков. Главный на сегодня оппонент Горькавого, доктор физико-математических наук Павел Иванов, начал свою критику ещё до того, как прочитал работу. По его мнению, использованные её авторами уравнения были применены неверно. В то же время, пока его критика остаётся чисто словесной и не включает никаких расчётов, которые могли бы скорректировать вычисления Горькавого — Василькова. Однако нет сомнений, что в ближайшее время такие альтернативные расчёты появятся. От того, удастся ли им опровергнуть новую гипотезу антигравитации зависит дальнейшая судьба космологии в целом. Если да, то модель тёмной энергии продолжит развитие. Если же, напротив, окажутся правы авторы работы, тёмная энергия будет "закрыта", а представления о наполнении и будущем Вселенной резко изменятся.

Окончательно закрыть вопрос о том, верна ли теория реликтовой антигравитации, могли бы наблюдения. Из расчетов её авторов следует, что по мере роста радиуса Вселенной ускорение её расширения будет замедляться. Это ускорение измеряют, наблюдая за далёкими сверхновыми. Однако пока точность имеющихся измерений недостаточна, чтобы уверенно сделать вывод о том, ослабевает ли такое ускорение или растёт. Если первое — прав Горькавый, если второе — сторонники тёмной энергии. В теории доступен и поиск самих реликтовых гравиволн из времён до Большого взрыва. Однако, по расчётам, они высокочастотны, и не факт, что существующая на Земле аппаратура регистрации может надёжно их обнаруживать.

Следует отметить, что теория Горькавого не появилась внезапно на пустом месте. Автор высказывал сходные мысли с 2003 года, их популярное изложение имеется в его научно-фантастическом романе, вышедшем в 2008 году. Однако полноценный обсчёт такого рода идей занял у него существенное время. Значительную роль в этом сыграло появление первых данных о регистрации гравиволн в этом году. До 2016 года они оставались объектом, открытым теоретически, но не измеренным на практике.