Протягом десятиліть група теоретиків-бунтарів вела війну з базовою концепцією сучасної космології - ідеєю, що невидима, невловима матерія формувала первинну структуру всесвіту. Йдеться про так звану "темну матерію", яка за своєю масою на порядок перевищує видимі світи. Тобто об'єкти, доступні для астрономічних спостережень.
Така форма матерії пояснює безліч спостережень: щільну гравітаційну взаємодію, траєкторію і вигини руху світла, строкату структуру раннього всесвіту, навіть поліваріантність початку речовини в космосі.
Пошуки космологічної альтернативи наштовхуються на низку перешкод, зокрема понятійних і методологічних.
Наприклад, коли на місце темної матерії приходить злегка змінена сила тяжіння. Однак спроби перевести модифіковану гравітацію на точну математичну мову завжди стикалися із суперечливими спостереженнями.
Річ у тім, що одні інтерпретації точно описують галактики, інші - випромінювання, але жодна з версій теорії не змогла пробити головний доказ темної матерії: карти стародавнього світла, відомі як космічний мікрохвильовий фон (КМФ).
За словами космолога Женевського університету Рут Дюрер, пропонована теорія повинна дійсно добре узгоджувати отримані дані. Що, природно, не відбувається: локальні прориви не вирішують термінологічної проблеми.
Двоє вчених, Константінос Скордіс і Том Злоснік, стверджують, що подолали альтернативну теорію гравітації та змогли вибудувати "правильну" МТГ, яка не містить видимих протиріч. Вони використали модифіковану версію теорії гравітації Ейнштейна, щоб відтворити карту раннього всесвіту, - подвиг для "альтернативщиків", які досі вважали, що зробити це неможливо.
Щоправда, колеги не дуже довіряють отриманим результатам, хоча й погоджуються, що попередні результати моделі видаються багатообіцяючими.
Утім, більшість космологів усе ще дотримуються версії темної матерії через її категоріальну простоту, але погоджуються, що нова теорія може стати інтегруючою для різних парадигм, якщо вона відповідатиме додатковим космологічним спостереженням.
Версії та суперечності
Завданням для альтернативних теорій гравітації, відомих як модифікована ньютонівська динаміка або MOND, є відновлення провідної ролі темної матерії у створенні сучасного Всесвіту.
Наприклад, теорія лямбда-холодної темної матерії (LCDM) говорить, що ми не існуємо без темної матерії. Ранній всесвіт був настільки "гладким", що одного гравітаційного тяжіння недостатньо, щоб воєдино зібрати частинки в зірки, планети і галактики. LCDM ніби використовує колективну масу, щоб ліпити матерію в сучасні космічні структури, які вивчають астрономи.
LCDM стала майже стандартною моделлю космології почасти тому, що точно відповідає даним про КМФ. Карта раннього всесвіту показує непомітні залишкові явища, що пробиваються крізь космічний простір.
До слова, зовсім нещодавно дослідники змогли точніше виміряти поляризацію найдавнішого випромінювання. Зрозуміло, що будь-яка успішна космологія має прописати історію космосу на основі трьох показників: температури КМФ, його поляризації та поточного розподілу галактик.
Водночас Кріс Пардо, астрофізик у Лабораторії реактивного руху НАСА, і Девід Спергель, директор Центру астрофізики в Інституті Флетайрон, оцінили, наскільки важко будь-якій альтернативній теорії гравітації конкурувати з ортодоксальними концепціями.
Суть у тому, що, на їхню думку, щільніші зони темної матерії тягнули до себе іншу речовину, в кінцевому підсумку утворюючи галактики і зірки. Таким чином виникали "порожнечі", заповнювані МКФ. Порівнюючи поляризацію з сучасними структурами речовини, космологи можуть точніше виміряти залишки пульсації.
Темний пил
Так ось, Том Злосник і Константінос Скордіс вважають, що вони здивували скептиків і фанатів MOND. Їм вдалося побудувати теорію гравітації на основі компонента, який діє в космічному масштабі, стираючи грань між темною матерією і трактуваннями MOND.
Нова теорія, що отримала назву RelMOND, додає до рівнянь загальної теорії відносності додаткове поле, яке поводиться по-різному залежно від масштабу всесвіту, який розглядається. У найширшому сенсі поле діє як невидима матерія.
У цьому режимі, який Злосник називає "темним пилом", поле могло б сформувати видимий всесвіт так само, як і темна матерія. Модель точно відтворює температуру МКФ, відповідає спектру поляризації та розподілу речовини.
У цьому відношенні RelMOND працює так само, як і LCDM, парадигми не відрізняються одна від одної.
Але якщо ми наблизимо галактику до стороннього спостерігача, то виявиться, що поле діє так, як прогнозує MOND: "переплетення" зі стандартним гравітаційним полем підсилює його настільки, щоб разом утримувати як зірки в галактиці, так і скупчення галактик.
Слід уточнити, що дослідники ще не впевнені, як поле діє для більших скупчень галактик, але вони припускають, що новий підхід допоможе уточнити спостереження і тим самим виділити RelMOND в окрему теорію.
Сам Злосник вважає, що темна матерія скоро буде виявлена, але водночас він розглядає свою роботу як математичну вправу з розширення загальної теорії відносності, ще один крок на шляху до "теорії всього". Він стверджує, що математика гравітації здатна пояснити будь-яке явище незалежно від його інтерпретації.
А це означає, що існує небезпека ігнорування явищ, що відбуваються в космосі: пояснення відкриттів передує самим відкриттям.
Джерело: Quanta Magazine
