Темная энергия — это неизвестная форма энергии, которая может отвечать за ускоренное расширение Вселенной. Новое исследование профессора Эдварда Кипреоса из Университета Джорджии предполагает, что изменение того, как люди думают о замедлении времени — замедлении времени, предсказанном еще Альбертом Эйнштейном — может обеспечивать дополнительное объяснение темной энергии.
В недавно вышедшем голливудском фильме «Интерстеллар» группа ученых путешествует через червоточину в космосе, чтобы достичь планеты с перспективными условиями для земной жизни. Один из вопросов, с которым сталкивается команда, — это замедление времени: каждый час, проведенный за сбором данных на такой планете, равен семи годам на Земле.
Общая теория относительности Эйнштейна показывает, что замедление времени появляется как ответ гравитации и что на объекте в высокой гравитации время будет идти медленнее, чем на объекте с низкой гравитацией. Специальная теория относительности Эйнштейна описывает взаимное замедление времени между двумя движущимися объектами, к примеру, время обоих движущихся объектов будет замедляться по отношению к времени каждого.
Новая работа говорит о том, что вместо взаимного замедления времени оно будет направленным относительно движения, то есть только движущийся объект будет подвергаться замедлению времени. Работа была опубликована в конце декабря в журнале PLOS ONE.
Кипреос, молекулярный генетик, работающий над регуляцией клеточного цикла, заинтересовался космологией и специальной теорией относительности несколько лет назад. Он говорит, что это явление можно легко понять в контексте того, как работает Глобальная система позиционирования (в народе GPS).
«Спутники, которые путешествуют в системе отсчета свободного падения, движутся достаточно быстро относительно Земли, так что вы можете скорректировать замедление их времени в зависимости от их скорости, — говорит ученый. — Если бы мы не корректировали этот фактор, измерения спутников GPS смещались бы на 2 километра в день».
Этот простой пример — когда спутники GPS отправляют сигнал времени, которое затем фиксируется на Земле, где также измеряется дистанция между двумя объектами — основан на специальной теории относительности и лоренцевом преобразовании, математической карте, которая описывает, как измерение пространства и времени двух наблюдателей связаны между собой.
«Специальная теория относительности должна быть взаимной, где обе стороны будут испытывать одно и то же замедление времени, но все примеры, которые у нас есть, могут быть интерпретированы как направленное замедление времени, — говорит Кипреос. — Если вы посмотрите на спутники GPS, время спутников замедляется, но с точки зрения спутников GPS, наше время не замедлится — что должно было бы происходить, если бы оно было взаимным. Вместо этого наше время движется быстрее относительно спутников, и мы знаем это из-за постоянного общения со спутниками».
Альтернативная теория, «абсолютное лоренцово преобразование», описывает направленное замедление времени. Кипрес обнаружил, что эта теория совместима с уже имеющимися доказательствами того, что «предпочтительные системы отсчета» для этой теории, относительно которой осуществляется направленное замедление времени, связаны с центрами гравитационной массы. Рядом с Землей предпочтительные системы отсчета должны быть «геоцентрическими невращающимися инерциальными системами отсчета», которые в настоящее время используются для расчета замедления времени спутников GPS.
«Строгое применение абсолютного лоренцева преобразования к космологическим данным имеет значительное последствие для Вселенной и существования темной энергии», — говорит Кипреос.
По мере того как Вселенная становится больше, космологические объекты (галактики, например) быстрее движутся друг от друга в процессе, известном как расширение Хаббла. Абсолютное лоренцево преобразование указывает, что рост ускорения вызывает направленное замедление времени. Применительно к росту ускорения вместе с расширением Хаббла в нашей Вселенной, можно предположить сценарий, в котором присутствует опыт замедления времени относительно прошлого. Течение времени, следовательно, будет медленнее в настоящем и быстрее в прошлом.
Сверхновые, которые взрываются с одинаковой интенсивностью, используются в качестве «стандартных свечей» для измерения космологических расстояний в зависимости от того, насколько яркими они становятся. Сверхновые, которые относительно близки к Земле, оцениваются по расстоянию и яркости. Тем не менее в 1998 и 1999 годах наблюдаемые сверхновые на больших расстояниях оказались гораздо тусклее, чем ожидалось, если учитывать то, что скорость расширения Вселенной в последнее время увеличилась.
«Ускоренное расширение Вселенной приписывается воздействию темной энергии, — говорит Кипреос. — Тем не менее нет никакого понимания того, чем является темная энергия и почему она проявилась только в последнее время. Прогнозируемые последствия того, что время в прошлом шло быстрее, приведут к тому, что во Вселенной нет никакого ускорения. В таком случае не было бы никакой необходимости ссылаться на существование темной энергии».