Теория Эйнштейна под сомнением? Новый анализ потенциала Вейля и эволюция Вселенной

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

В последние десятилетия ускоренное расширение Вселенной стало одним из центральных вопросов современной космологии. Теория ΛCDM (Λ - космологическая постоянная, CDM — холодная темная материя) предлагает объяснение с помощью так называемой темной энергии, но её природа остаётся загадкой. Альтернативный подход к разгадке этой тайны лежит в изучении гравитации на космологических масштабах, а ключевую роль здесь играет потенциал Вейля.

Потенциал Вейля — это своего рода «геометрическая карта» Вселенной, отражающая как пространственные, так и временные искажения её геометрии. Измерение эволюции этого потенциала позволяет проверить не только общую теорию относительности, но и более экзотические модели гравитации, которые выходят за рамки стандартной модели. Недавно проведённый анализ данных трёхлетней работы Dark Energy Survey (DES) предоставил уникальную возможность заглянуть в этот «геометрический лабиринт» Вселенной и выявить некоторые неожиданные моменты.

Расширение Вселенной, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Новая методика — новый взгляд на проблему

Исследование DES, в отличие от предыдущих работ, использует новый подход к анализу. Он заключается в прямом измерении эволюции потенциала Вейля (функция J), без привлечения дополнительных моделей или гипотез о природе тёмной энергии. Такой подход можно назвать модельнезависимым — он позволяет непосредственно сравнить наблюдаемые данные с предсказаниями различных теорий гравитации, не ограничиваясь стандартной моделью ΛCDM.

Этот метод основан на совместном анализе данных о скоплениях галактик и явлении гравитационного линзирования. Комбинация этих данных дает возможность получить высокоточные измерения функции J в нескольких «красных смещениях» (z), то есть на разных расстояниях и, соответственно, в разные эпохи существования Вселенной. Результаты измерений неожиданны и ставят под сомнение некоторые фундаментальные предположения ΛCDM.

На левой панели показаны измерения в предположении, что космологические параметры раннего времени имеют приоритет от Planck. На правой панели показаны измерения без планковских приоритетов. Черные и оранжевые сплошные линии показывают предсказания для ΛCDM. Заштрихованные области указывают на неопределенность в 1σ для этих предсказаний из-за неопределенностей в первобытных космологических параметрах. Отметим, что из-за изменения космологических параметров (см. Дополнительную таблицу 1) предсказания ΛCDM меняются в случае с предварительными данными и без них, что особенно заметно на больших красных смещениях, где разница между двумя предсказаниями составляет 1,6σ. Исходные данные представлены в файле Source Data (см. оригинальное исследовние) Цитирование: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data. Nat Commun 15, 9295 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53363-6
Автор: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Источник: www.nature.com
Наблюдаемые отклонения: вызов стандартной модели?

Результаты анализа DES показали, что в двух низших интервалах красных смещений (z < 0.5) измеренные значения потенциала Вейля существенно ниже, чем предсказывает стандартная модель ΛCDM. Это расхождение статистически значимо, и его природа требует дальнейшего изучения.

Интересно отметить, что это расхождение сохраняется даже при исключении данных космического микроволнового фона (CMB). Это свидетельствует о том, что наблюдаемые отклонения не являются следствием ошибок в модели CMB, а скорее указывают на некоторые фундаментальные несоответствия в стандартной космологической модели. Полученные данные DES «предпочитают» модель с более высокой амплитудой первичных флуктуаций плотности и медленной эволюцией потенциала Вейля.

В этом анализе рассматривались только первые 4 бина (сплошные линии). Эффективное красное смещение линз, вычисленное как среднее значение каждого распределения, также приведено для справки. Заштрихованные области показывают распределение источников. Исходные данные представлены в файле Source Data. Цитирование: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data. Nat Commun 15, 9295 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53363-6
Автор: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Источник: www.nature.com
Альтернативные теории гравитации: на поиски новых решений

Полученные результаты открывают новые возможности для проверки альтернативных теорий гравитации. Исследование DES позволяет сравнить наблюдаемые данные с предсказаниями различных моделей, не ограничиваясь рамками общей теории относительности.

Анализ в рамках феноменологических моделей гравитации и более сложных моделей Хорндески показал, что некоторые из этих моделей лучше согласуются с данными DES, чем стандартная модель ΛCDM. Это подтверждает необходимость дальнейших исследований и поиска более адекватных моделей для описания эволюции Вселенной.

Каждый кортеж (i, j) представляет собой комбинацию i-го томографического бина для линз и j-го томографического бина для источников. Планки ошибок представляют собой 1 стандартное отклонение. Более темная заштрихованная область соответствует измерениям, исключенным из анализа после наложения базового масштабного сокращения коловратного поперечного расстояния на 6 Мпк/ч. Более светлая заштрихованная область представляет более строгое сокращение масштаба в 21 Мпк/ч, также рассматриваемое в данной работе. Исходные данные представлены в файле Source Data. Цитирование: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data. Nat Commun 15, 9295 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53363-6
Автор: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Источник: www.nature.com
Дальнейшие исследования: в ожидании новых данных

Наблюдаемые отклонения от предсказаний ΛCDM поставят перед космологами ряд задач, требующих дальнейшего исследования. Для более точной верификации и понимания наблюдаемых отклонений необходимо улучшение точности измерений потенциала Вейля. Ожидается, что будущие космические эксперименты, такие как Euclid и LSST, предоставят значительно более точные и полные данные, позволяющие выявить природу темной энергии и проверить достоверность альтернативных теорий гравитации.

Этот новый подход к анализу данных, ориентированный на прямое измерение эволюции потенциала Вейля, обещает стать важным инструментом в исследовании загадки темной энергии и понимании глубинных законов, управляющих эволюцией нашей Вселенной. Он подчеркивает необходимость комплексного подхода, объединяющего наблюдения и теоретические модели, для достижения прогресса в этом захватывающем направлении современной физики.

4 комментария

1
Автор в очередной раз показывает свой дебилизм.
Вейль — соавтор Эйнштейна по теории гравитации
M
Есть бритва Оккама и правило «не плоди лишние сущности». Я делаю ставку на усталость света. На то, что на космических масштабах вращение фазы световой волны испытывает хоть и небольшое, но трение. Надо быть идиотом, чтобы не догадаться, что то самое «расширение с ускорением», которое выглядит как увеличение красного смещения с расстоянием, может иметь более простое объяснение.
A
Усталость света — еще одна лишняя сущность.
c
Трение фазы — это мощно. Эта штука сильнее чем «Фауст» Гёте.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Открытые наушники с заушиной из сплава нитинола (NiTi): обзор Oneodio SuperEQ T44 с Bluetooth 5.3

Всегда испытывал слабость к таким моделям — это наушники с надежным креплением в виде заушины, а также с широким открытым драйвером — используется овальный динамик...

Почему у японских светофоров горит синий цвет вместо зелёного?

Светофоры с тремя привычными цветами используются повсеместно, и, казалось бы, их палитра неизменна: красный, жёлтый и зелёный. Однако Япония стала исключением из этого правила —...

Почему апельсины и мандарины продают в красной сетке

Многие из нас замечали, что апельсины чаще всего продаются в красной сетке. На первый взгляд, это может показаться случайным выбором упаковки, однако на самом деле здесь скрываются продуманные...

Поиск Планеты X: как сеть маленьких телескопов может перевернуть наши представления о Солнечной системе?

Гипотетическая Планета X, скрывающаяся где-то в темных глубинах Солнечной системы, уже десятилетия будоражит умы ученых и любителей астрономии. Ее гравитационное влияние, как предполагается,...

Пожалел, что у меня две руки. Обзор швейцарских часов Louis Erard и Alain Silberstein: триптих с турбийоном

Отчего-то хочется начать этот рассказ словами Маяковского: «Луи Эрард — купил и рад!» Однако этому препятствует несколько факторов: во-первых, и произносить принято «Луи Эрар», что...

Метановая дымка над Марсом: жизнь, химия или нечто третье?

Марс, веками будоражащий воображение человечества как потенциальный дом для внеземной жизни, продолжает хранить свои тайны. Одной из самых интригующих загадок последних десятилетий стали...