Матерію Всесвіту, можливо, доведеться переосмислити: нове математичне дослідження ставить під сумнів одну з ключових ідей сучасної космології — темну енергію як причину прискореного розширення Всесвіту.
У роботі, опублікованій у журналі Proceedings of the Royal Society A, математики з Каліфорнійського університету в Девісі стверджують, що нестабільності, закладені в рівняннях Ейнштейна–Ейлера, можуть самі по собі пояснити поведінку Всесвіту без потреби у введенні темної енергії або космологічної сталої. Цей висновок напряму зачіпає стандартну модель космології — Lambda-CDM, яка понад два десятиліття вважається базовою для опису еволюції космосу.
Рівняння Ейнштейна–Ейлера об’єднують загальну теорію відносності з рівняннями гідродинаміки й використовуються для моделювання таких масштабних явищ, як розширення Всесвіту, поведінка галактик і чорних дір. Саме в цій математичній основі дослідники й знайшли критичні нестабільності.
Провідний автор дослідження, почесний професор математики Блейк Темпл, порівняв стандартну космологічну модель із олівцем, який стоїть на вістрі: система формально може існувати, але найменший вплив — «подих повітря» — змушує її втратити рівновагу. За його словами, такі нестійкі розв’язки в фізиці зазвичай не відповідають реальній природі.
У центрі дослідження — так звані простори Фрідмана, які описують рівномірно розподілену матерію у Всесвіті, що розширюється. Саме на них базується сучасна модель космосу. Але математичний аналіз показав, що ці рішення нестабільні як на малих, так і на великих масштабах, особливо поблизу моменту Великого вибуху.
Дослідники дійшли висновку, що така нестабільність робить Lambda-CDM модель математично проблемною як єдине пояснення прискореного розширення Всесвіту. На думку авторів, ефект, який ми спостерігаємо як «прискорення», може виникати природно з самих рівнянь Ейнштейна без додаткових припущень про темну енергію.
Цікаво, що ідея темної енергії сама по собі має історичні паралелі. Ще Альберт Ейнштейн вводив космологічну сталу, щоб зробити Всесвіт статичним, але згодом назвав це своєю «найбільшою помилкою», після того як стало відомо про розширення космосу. У 1990-х космологічну сталу повернули в модель як можливе пояснення прискорення.
Тепер же нові математичні результати ставлять під сумнів необхідність цього елемента взагалі. За словами Темпла, альтернативне пояснення може бути значно простішим і випливати прямо з властивостей самої загальної теорії відносності.
Дослідники також піднімають ще одне філософське питання — про можливу «особливість» нашого положення у Всесвіті. Якщо модель потребує певних умов симетрії або позиції спостерігача, щоб працювати, це може суперечити коперниківському принципу, згідно з яким Земля не має привілейованого місця у космосі.
Хоча робота не ставить остаточної крапки в дискусії про темну енергію, вона додає новий математичний аргумент у довгу суперечку про те, як саме розширюється Всесвіт. І якщо висновки авторів підтвердяться, це може означати, що одне з найзагадковіших явищ сучасної фізики має набагато простіше пояснення, ніж вважалося раніше.