Пространство-время ведёт себя как живой организм: учёные раскрыли секрет расширения Вселенной

JCAP: расширение Вселенной может быть связано с геометрией пространства-времени

Одной из главных загадок современной космологии остаётся вопрос: почему Вселенная расширяется с ускорением? На протяжении последних десятилетий этот феномен связывали с гипотетической тёмной энергией, составляющей, по расчётам, до 68% содержания космоса. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP), ставит под сомнение необходимость существования этой загадочной субстанции.

Международная команда учёных из Центра прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) Университета Бремена и Университета Брашова (Румыния) предложила альтернативное объяснение: ускоренное расширение может быть следствием самой геометрии пространства-времени, без привлечения дополнительных компонентов.

Космология без "тёмной составляющей"

Согласно классической модели ΛCDM, ускорение расширения объясняется действием космологической постоянной Λ, связанной с энергией вакуума — тем, что мы называем тёмной энергией. Но её физическая природа остаётся неуловимой, а наблюдательные данные всё чаще указывают на несовпадения между теорией и реальностью.

"Возможно, само пространство-время устроено так, что расширяется ускоренно без какой-либо внешней силы", — пояснил автор исследования из ZARM доктор Эмиль Скалий.

Геометрия Финслера: новый взгляд на пространство

Учёные использовали геометрию Финслера - расширение Общей теории относительности Эйнштейна (ОТО), которое учитывает не только массу и энергию, но и направление и скорость движения частиц.

Если в обычной геометрии пространства-времени (римановой) его кривизна зависит лишь от распределения массы, то в финслеровом подходе к этому добавляется зависимость от направления вектора движения. Это придаёт пространству дополнительное измерение динамики, способное влиять на масштабные космологические процессы.

Применив этот метод к уравнениям, описывающим эволюцию Вселенной, исследователи получили неожиданный результат:
даже в пустом космосе — без материи, излучения и энергии - пространство-время может самопроизвольно расширяться с ускорением.

Простая идея, глубокие последствия

"В нашей модели ускорение возникает не из-за невидимой энергии, а как естественное свойство геометрии пространства-времени", — пояснил соавтор исследования профессор Клаудиу Стан из Университета Брашова.

Это означает, что эффект, приписываемый тёмной энергии, может быть геометрическим по своей природе. То есть, само строение космоса "встроено" таким образом, что оно не просто расширяется, но делает это ускоренно.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

Ошибка: считать ускоренное расширение доказательством существования тёмной энергии.
Последствие: построение теорий, требующих непроверяемых сущностей.
Альтернатива: рассматривать расширение как следствие свойств пространства-времени.
Ошибка: игнорировать возможные обобщения Общей теории относительности.
Последствие: ограничение возможностей описания космоса.
Альтернатива: использовать расширенные геометрические модели, включая геометрию Финслера.
Ошибка: полагать, что пустое пространство не обладает динамикой.
Последствие: неверное понимание структуры вакуума.
Альтернатива: признать, что геометрия сама способна создавать динамику без энергии.

Преимущества новой модели

Преимущество	Описание
Без лишних сущностей	Не требует гипотетической тёмной энергии или космологической постоянной
Математическая элегантность	Уравнения просты и основаны на геометрии, а не на введении новых полей
Согласуется с ОТО	Расширяет теорию Эйнштейна, не противореча её базовым принципам
Объясняет ускорение естественным образом	Эффект следует из самой структуры пространства-времени

Что это значит для физики

Если гипотеза подтвердится, космология столкнётся с пересмотром фундаментальных представлений. Вместо поиска неуловимой тёмной энергии, физикам придётся внимательнее рассмотреть геометрию самого пространства-времени.

Такой подход возвращает к идее, что геометрия — не пассивная сцена, а активный участник эволюции Вселенной.

"Это не отменяет ОТО, а расширяет её, чтобы объяснить эффекты, которые раньше требовали введения искусственных понятий", — отметил Стан.

Вопросы и перспективы

Исследователи признают, что их модель требует дальнейшей проверки. Необходимо сопоставить теоретические расчёты с данными наблюдений сверхновых, реликтового излучения и крупномасштабной структуры Вселенной.

Если предсказания финслеровской геометрии совпадут с наблюдаемыми эффектами, это станет одним из крупнейших пересмотров космологической модели XXI века.

FAQ

— Что такое геометрия Финслера?
Это обобщение римановой геометрии, в которой расстояние зависит не только от положения точек, но и от направления и скорости движения.

— Откуда тогда берётся ускорение Вселенной?
Оно вытекает из структуры пространства-времени: в финслеровом описании даже пустое пространство может динамически расширяться.

— Отменяет ли это существование тёмной энергии?
Нет, но предлагает альтернативу, при которой тёмная энергия может быть не отдельной сущностью, а проявлением геометрии.

— Можно ли проверить теорию наблюдениями?
Да, через точные измерения расширения Вселенной и анализа гравитационных волн.

Мифы и правда

Миф: ускоренное расширение доказало существование тёмной энергии.
Правда: это всего лишь одно из возможных объяснений, и новые модели предлагают другие пути.
Миф: геометрия пространства — неизменна.
Правда: современные теории допускают сложную динамическую структуру пространства-времени.
Миф: альтернативные модели противоречат Эйнштейну.
Правда: геометрия Финслера лишь расширяет принципы общей теории относительности.

Три интересных факта

В геометрии Финслера длина пути зависит не только от координат, но и от вектора скорости - аналогично тому, как в оптике свет "выбирает" разные траектории в неоднородной среде.
В этой модели ускорение не нуждается в энергии - оно возникает из самой формы уравнений пространства.
Исследование из ZARM — одно из первых, где финслеров подход применён к космологическому масштабу.