Американские математики представили математическое доказательство того, что текущая модель расширяющейся Вселенной, основанная на темной энергии, является нестабильной и нежизнеспособной. Исследователи ставят под сомнение стандартное объяснение ускоряющегося расширения космоса.
Уравнения Эйнштейна — Эйлера, объединяющие общую теорию относительности и гидродинамику, используются для моделирования галактик, черных дыр и космического расширения. Ученые показали, что пространство-время Фридмана — математическая модель, описывающая космическое расширение, — нестабильно как на малых, так и на больших масштабах во время Большого взрыва. В физике такие нестабильные решения принято считать нефизическими.
Авторы исследования сравнивают стандартную космологическую модель с карандашом, стоящим на кончике. Такое положение теоретически возможно, но достаточно малейшего воздействия, чтобы равновесие нарушилось. По мнению исследователей, обнаруженная нестабильность указывает на более простое объяснение, полностью укладывающееся в рамки первоначальной теории Эйнштейна. Неустойчивость фридмановских пространств-времен дает более естественное объяснение ускорения Вселенной, чем теория темной энергии.
Почти 30 лет назад для объяснения ускоряющегося расширения Вселенной была предложена темная энергия. Эта идея восходит к уравнениям общей теории относительности Эйнштейна, который изначально ввел космологическую постоянную для создания статичной модели Вселенной. После открытия расширения Вселенной Эдвином Хабблом в 1929 году Эйнштейн назвал космологическую постоянную своей ошибкой, однако в 1990-х годах она была возвращена в науку — уже как синоним темной энергии.
Ученые не смогли математически объяснить ускоренное расширение в рамках прежней модели. Изначально предполагалось, что расширение вызвано ударной волной, а затем обнаружили самоподобные решени уравнений, которые могут моделировать этот процесс. В своей работе математики использовали самоподобную версию уравнений Эйнштейна, что позволило дать полную характеристику стабильности стандартной модели.
Математики обнаружили, что взрыв Вселенной (Большой взрыв) вблизи своего центра выглядит так, как описано в старой модели Фридмана. Но чем дальше от центра, тем сильнее проявляется ускорение. То есть ускорение — это не действие таинственной темной энергии, а естественное свойство расширяющейся Вселенной.
Это открытие также затрагивает так называемый принцип Коперника — идею о том, что Земля не находится в каком-то особом месте Вселенной. Оказывается, старая модель с темной энергией требует, чтобы наблюдатель (то есть мы) находился в особенной, уникальной точке. Это противоречит принципу Коперника. Новая модель такого недостатка лишена.