Інфляційна епоха, що спричинила стрімке розширення нашого Всесвіту в найбільш ранні його моменти, може бути пов'язана з темною енергією, яка панує в наш час. Вся справа в примарному елементі космосу, який змінює силу гравітації в міру її розвитку.
Традиційний підхід до розуміння гравітації включає в себе знамениту загальну теорію відносності Ейнштейна. Для такої потужної ідеї, яка може пояснити все - від орбіти Місяця до еволюції всього Всесвіту, це досить проста концепція.
У загальній теорії відносності існує тільки простір-час і вміст усередині нього. Такий вміст змушує простір-час згинатися і викривлятися, а вигин і викривлення простору-часу диктують рух вмісту.
Наприклад, наявність планети спотворює простір-час навколо неї, змушуючи інші об'єкти слідувати за орбітами, або спотворення, викликані зіркою, можуть відхилити шлях світла, що проходить.
Хоча загальна теорія відносності є найпростішим підходом до гравітації, він не єдиний.
Альтернативний варіант, відомий як скалярно-тензорна теорія, з'явився на початку 1960-х років і є напрямком, розробленим фізиками Робертом Діком і Карлом Брансом, тому іноді його називають теорією Бранса-Діка.
У скалярно-тензорних інтерпретаціях, крім простору-часу і його вмісту, існує третій компонент - скалярне поле. Воно просочує весь простір-час, і його єдине завдання - змінювати силу гравітації від місця до місця або від часу до часу.
У загальній теорії відносності сила гравітації фіксована; це просто гравітаційна стала Ньютона, завжди і назавжди. Незалежно від того, де і коли ви перебуваєте у Всесвіті, дана кількість маси й енергії завжди спотворюватиме простір-час одним і тим самим чином.
Але в скалярно-тензорних теоріях усе змінитися. Планета в одному кінці Всесвіту може чинити слабший або сильніший вплив на простір-час навколо себе залежно від локального значення скалярного поля. Сила гравітації також може змінюватися з часом, якщо саме скалярне поле еволюціонує.
Об'єднаний космос
Експериментально загальна теорія відносності Ейнштейна і скалярно-тензорна теорія еквівалентні. ЗТВ пройшла всі експериментальні перешкоди, кинуті на її шляху.
Але якщо ви візьмете скалярно-тензорну теорію і просто припустите, що ваше скалярне поле має постійну величину, що дорівнює постійній Ньютона, то ви отримаєте ті самі результати.
Однак оскільки теорія відносності набагато простіша за скалярно-тензорні теорії і не існує відомого способу відрізнити їх одна від одної, фізики віддають перевагу класичній теорії Ейнштейна.
Ось тільки є невелика проблема: темна енергія. Згідно зі спостереженнями, розширення Всесвіту прискорюється, дуже повільно. Єдиний спосіб врахувати це в загальній теорії відносності - включити в рівняння космологічну сталу, додаткову величину, яка має дуже маленьке, але не зовсім нульове значення.
Ця особливість космологічної сталої турбує більшість фізиків, бо вона здається неймовірно неприродною. Якби темна енергія мала майже будь-яке інше значення, розширення космосу давно б розірвало його на частини, залишивши "суще" нездатним підтримувати життя, включно зі спостерігачем.
"Додавання додаткових значень у рівняння" дуже схоже на скалярно-тензорні теорії. Тому відтоді, як наприкінці 1990-х років астрономи відкрили темну енергію, фізики намагаються зрозуміти, чи є потенційний спосіб для відкинутої моделі гравітації. Адже вона пояснює прискорене розширення більш природно.
Цікаво, що нинішня епоха - не єдиний випадок, коли розширення Всесвіту пішло в прискореному темпі.
Космологи вважають, що дуже рано після Великого вибуху Всесвіт пережив період надзвичайно швидкого розширення, відомий як інфляція. Ви можете задатися питанням, чи існує зв'язок між раннім періодом інфляції та сучасним періодом розвитку темної енергії, і матимете рацію.
Гравітаційні нитки
Тепер Мотохіко Йошимура, фізик із Дослідницького інституту міждисциплінарних наук при Університеті Окаяма в Японії, припустив, що скалярно-тензорні теорії забезпечують прямий зв'язок між інфляцією і темною енергією.
У цій моделі, описаній у статті, опублікованій у базі даних препринтів arXiv, скалярне поле ("тензор" відноситься до самого простору-часу) набагато сильніше в ранньому Всесвіті і воно запускає епоху інфляції. Наприкінці інфляції скалярне поле слабшає і вивільняє свою енергію у вигляді всіх частинок Стандартної моделі.
Важливо зазначити, що скалярне поле ніколи не зникає. Воно зберігає деяку фонову присутність, поки Всесвіт продовжує розвиватися, формуючи зірки та галактики.
Потім, після того як космічне розширення розбавляє всю матерію до досить низького рівня, скалярне поле знову починає діяти - але вже на набагато слабшому рівні, що призводить до появи темної енергії.
Хоча це інтригуюча версія, астрономам ще потрібно перевірити гіпотезу тензорного поля. На щастя, нам доступні багато потенційних реліктів Всесвіту.
Наприклад, у пропонованому сценарії гравітація локально може бути настільки сильною, що утворює чорні діри, які дожили до наших днів. Виявлення доказів існування первісних чорних дір допомогло б підкріпити ідею Мотохіко Йошимури.
Інший підхід полягає в пошуку гравітаційних хвиль раннього Всесвіту, які залишилися після завершення інфляції.
Астрономи можуть шукати ці гравітаційні хвилі або безпосередньо, намагаючись виявити їх у слабкому фоновому гулі космосу, або через їхній вплив на мікрохвильовий фон.
Фізики знають, що темна енергія та інфляція являють собою поточні межі наших знань, і лише радикальні пропозиції, подібні до цієї, та експерименти, які будуть супроводжуватися ними, допоможуть нам подолати кордони.
Джерело: space.com
