Силы природы слабеют: как стареющая Вселенная меняет наши представления

На протяжении более трёх десятилетий физики придерживались элегантного, но парадоксального объяснения строения мира: около 95% Вселенной состоит из неизвестных компонентов — тёмной материи и тёмной энергии. Они невидимы, но будто управляют всем: одна "удерживает" галактики, другая "расталкивает" космос, ускоряя его расширение. Однако новая работа, выполненная в Оттавском университете под руководством Раджендры Гупты, предлагает радикально иную картину — без всякой тёмной материи.

Исследование, опубликованное в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, утверждает, что загадочные явления можно объяснить ослаблением фундаментальных сил природы по мере старения Вселенной.

Мир, где законы не вечны

Традиционная космология предполагает, что гравитация, электромагнетизм и другие силы неизменны. Но Гупта предлагает рассматривать их как переменные величины, изменяющиеся со временем.

"Силы Вселенной в среднем ослабевают по мере её расширения", — объясняет профессор Гупта. "Это ослабление создаёт иллюзию таинственного толчка, заставляющего Вселенную расширяться быстрее, — толчка, который был идентифицирован как тёмная энергия. Однако в масштабах галактик и скоплений галактик изменение этих сил в гравитационно связанном пространстве приводит к дополнительной гравитации, приписываемой тёмной материи. Но всё это может быть всего лишь иллюзией, эмерджентным явлением, возникающим в результате эволюции констант, определяющих силу взаимодействий".

Теория, объединяющая два мира

Главная сила подхода Гупты — в универсальности. Стандартная космологическая модель требует двух разных объяснений: одно для поведения галактик, другое для расширения Вселенной. Но Гупта утверждает, что одно уравнение способно описать оба явления.

"В стандартной модели эти два сценария требуют разных уравнений для объяснения наблюдений с использованием тёмной материи и тёмной энергии. Наш — единственный, который объясняет их одним и тем же уравнением, без необходимости участия тёмной материи или тёмной энергии", — подчёркивает Гупта.

Таким образом, физик предлагает отказаться от гипотетических частиц и перейти к динамическим константам, которые "стареют" вместе с космосом.

Как новая модель объясняет вращение галактик

Одним из главных аргументов в пользу тёмной материи всегда считались плоские кривые вращения галактик. Звёзды на их окраинах двигаются слишком быстро, чтобы удерживаться одной видимой массой. Но в модели Гупты всё решает новый параметр α, отражающий изменение фундаментальных взаимодействий.

Параметр α ведёт себя как "эффект усиленной гравитации", возникающий из-за пространственно-временных различий в плотности материи. Чем реже звёзды и газ — тем сильнее проявляется "дополнительное" притяжение.

Это объясняет, почему на окраинах галактик скорость звёзд остаётся постоянной, а не падает, как предсказывает ньютоновская физика.

Пошагово: как работает новая модель

1. Считать фундаментальные константы (гравитацию, постоянную Планка, заряд электрона) не фиксированными, а зависимыми от времени.

2. Учесть, что по мере расширения Вселенной силы ослабевают.

3. Ввести параметр α, описывающий степень этого ослабления.

4. Применить α к уравнениям Эйнштейна: на больших масштабах он проявляется как "отталкивание" (эффект тёмной энергии), на малых — как "дополнительная масса" (эффект тёмной материи).

5. Проверить модель по наблюдениям сверхновых, гравитационного линзирования и движения галактик.

Результат: одна формула объясняет сразу два главных феномена космоса.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: считать фундаментальные константы вечными.
  Последствие: необходимость вводить "тёмные" сущности для объяснения наблюдений.
  Альтернатива: рассматривать эволюцию сил как часть динамики Вселенной.

• Ошибка: искать частицы, которые пока не обнаружены.
  Последствие: десятилетия неудачных экспериментов и расходы в миллиарды долларов.
  Альтернатива: пересмотреть уравнения, не нарушая известных законов физики.

• Ошибка: разделять космологические и астрофизические эффекты.
  Последствие: дублирование теорий.
  Альтернатива: объединённая модель, где оба явления объясняются изменением α.

А что если Гупта прав?

Если гипотеза подтвердится, поиски частиц тёмной материи можно будет прекратить. Эксперименты на коллайдерах и криогенных детекторах окажутся ненужными. А возраст Вселенной придётся пересмотреть — она может быть в два раза старше, чем считалось.

"В нашей модели нет необходимости предполагать существование каких-либо экзотических частиц или нарушать законы физики. Хронология Вселенной просто расширяется, почти удваивая её возраст, освобождая место для всего, что мы наблюдаем", — отмечает физик.

Это также объясняет, как уже в ранней Вселенной появились массивные галактики и чёрные дыры - у космоса было достаточно времени для их формирования.

Плюсы и минусы подхода

FAQ

Значит, тёмной материи не существует?
Пока рано утверждать. Теория Гупты предлагает альтернативное объяснение, но потребует десятков независимых проверок.

Как можно измерить ослабление сил?
Через наблюдения сверхновых, гравитационного линзирования и изменения частоты спектральных линий — если константы действительно эволюционируют, это отразится на свете далёких объектов.

Почему идея кажется убедительной?
Потому что она устраняет сразу две загадки — тёмную материю и энергию — одним механизмом.

Мифы и правда

• Миф: без тёмной материи галактики бы распались.
  Правда: их устойчивость можно объяснить изменением силы гравитации во времени.

• Миф: Вселенная обязательно ускоряется под действием внешней энергии.
  Правда: ускорение может быть результатом ослабления самих фундаментальных взаимодействий.

• Миф: без новых частиц физика не сможет объяснить космос.
  Правда: иногда достаточно изменить старые константы.

Интересные факты

1. Согласно стандартной модели, доля тёмной материи и энергии — 95%, а обычной материи — лишь 5%.

2. За 30 лет поисков ни одна частица тёмной материи не была обнаружена экспериментально.

3. Если теория Гупты верна, возраст Вселенной может достигать 26-27 миллиардов лет.

Исторический контекст

Концепция тёмной материи появилась в 1930-х, когда Фриц Цвикки заметил "лишнюю массу" в скоплениях галактик. В 1998 году было обнаружено ускоренное расширение Вселенной — рождение гипотезы тёмной энергии. Вместе они стали краеугольными камнями космологии. Теперь, спустя столетие, новая теория вновь ставит всё под сомнение — возможно, не существует ничего "тёмного", а есть лишь меняющаяся сила природы.