Темної енергії не існує? Нові дослідження спростовують усталену модель Всесвіту

Сучасна наука стверджує, що наш Всесвіт лише на 5% складається зі “звичайної” усталеної матерії. Ще приблизно чверть становить загадкова темна матерія, про яку нам відомо доволі мало, оскільки вона недоступна прямому спостереженню.

Найбільша ж частина – дві третини – припадає на ще більш загадкову темну енергію, про яку ми не знаємо практично нічого, але саме вона змушує Всесвіт розширюватися дедалі швидше і швидше.

Однак нещодавнє дослідження південнокорейських астрономів дозволяє припустити, що насправді темної енергії не існує. На думку авторів статті, сама гіпотеза про прискорене розбігання галактик заснована на помилковій гіпотезі й некоректних розрахунках.

Сенсаційна заява прозвучала на зборах Американського астрономічного товариства у Гонолулу й викликала запеклу полеміку в наукових колах, оскільки фактично ставить під сумнів усталену модель устрою Всесвіту.

Критики роботи вказують на її можливі недоліки й нагадують про інші непрямі докази усталеної теорії.

Однак, попри всі зусилля, вчені вже 20 років не можуть пояснити природу темної енергії (або хоча б наблизитися до такого пояснення). І сенсаційна робота південнокорейських астрономів – не перша спроба спростувати її існування.

Що таке темна енергія?

У 1990-ті роки астрономи виявили, що галактики не просто розбігаються в різні боки, а роблять це дедалі швидше і швидше – тобто Всесвіт розширюється з прискоренням.

Це відкриття дуже спантеличило вчених, оскільки абсолютно не вкладалося в усталену модель. Спостереження телескопів спростовували сам принцип гравітації: адже сили тяжіння, що виникають між будь-якими матеріальними об’єктами, ймовірно, мають сповільнювати розширення, а ніяк не прискорювати його.

Для того, щоб якось пояснити цю суперечність, висунули гіпотезу темної енергії – якоїсь невідомої сили, яка змушує галактики прискорюватися.

Не вдаючись у деталі, вчені виявили в наявній теорії дірку й наклали на неї латку: додали до рівняння нову змінну, яка дозволяла зійтися зробленим раніше розрахунками.

Відтоді спостереження астрономів принесли ще кілька не дуже зрозумілих результатів, однак щоразу їх виручала та сама “математична латка”. З нею формули сходилися – а значить, існування загадкової енергії отримувало нові непрямі підтвердження.

У 2011 році відкриття Всесвіту, що прискорюється, отримало Нобелівську премію з фізики, а гіпотеза про темну енергію остаточно лягла в основу сучасної космології.

Як зробили відкриття?

Один зі способів вимірювання відстані в астрономії – це так званий метод “стандартних свічок”, на основі спостереження за найновішими зірками певного типу.

Коли зірка з підкласу білих карликів різко стискається під дією гравітації й вибухає, цей вибух супроводжується яскравим спалахом найновішої зірки. При цьому, де б не була така зірка, її яскравість приблизно однакова – принаймні так вважали до цього часу.

Однак під час спостереження з Землi яскравість дуже залежить від відстані: що ближче вибухнула зірка, тим яскравіший спалах. І це дозволяє доволі точно розрахувати відстань вибуху.

Окрім “стандартних свічок”, для розрахунку астрономічних відстаней використовують й інші способи – наприклад, рівняння Хаббла, що склали для визначення Всесвіту, який рівномірно розширюється. І коли різні методи дають однаковий результат, вони ніби підтверджують один одного.

Але в 1998 році астрономи раптом виявили, що у віддалених галактиках різні способи підрахунку мають різний результат. Відстань, яку обчислили за методом “стандартних свічок”, виявилася значно більшою, ніж та, яку обчислили раніше за методом Хаббла.

Числовий аналіз змусив вчених припустити, що Всесвіт розширюється швидше, ніж передбачали раніше, і це розширення відбувається з прискоренням.

20 років тому ця гіпотеза звучала цілком революційно, але сьогодні у науковому світі ця точка зору є загальноприйнятою.

Що змінилося?

Команда астрономів з університетів у Сеулі та Ліоні провела найбільш точні визначення віку більшості галактик, де спостерігалися спалахи наднових зірок.

Результати дослідження, на яке пішло дев’ять років, показали, що яскравість наднових зірок цілком зіставляється з віком батьківської галактики і не потребує жодних додаткових змінних. Тобто в галактиках різного віку яскравість наднових зірок буде відрізнятися.

Інакше кажучи, розбіжність вимірювань, яка поставила вчених в безвихідь 1998 року, легко пояснити однією лише еволюцією яскравості зірок – і немає жодних підстав припускати, що Всесвіт розширюється з прискоренням.

А значить, відпадає і необхідність пояснення цього прискорення – загадкова темна енергія, виявляється, просто не потрібна.

“Як говорив [американський астроном] Карл Саган, екстраординарні заяви потребують екстраординарних доказів, а я зовсім не впевнений, що у нас є подібні екстраординарні докази існування темної енергії”, – заявив керівник дослідження, професор Йон Вук Лі.

“Наші результати показують, що сама гіпотеза темної енергії на основі космології наднових зірок, що отримала в 2011 році Нобелівську премію з фізики, може базуватися на ненадійному і просто помилковому припущенні”, – стверджує він.

Вчені 20 років шукали те, чого немає?

Публікація роботи південнокорейських астрономів підлила масла у вогонь запеклої полеміки, що останнім часом охопила наукову спільноту.

Річ у тім, що в листопаді та грудні оприлюднили відразу дві роботи, які пропонують альтернативні пояснення прискорення Всесвіту.

В одній статті його пояснюють квантовими властивостями матерії (так званим ефектом Казиміра). В іншій взагалі припускають, що Всесвіт насправді не прискорюється: розбіжність у вимірах 1998 року пояснюють лише точкою, з якої ведеться спостереження.

“Важливо розуміти, що прискорене космологічне розширення спостерігати неможливо, – пояснює автор першої статті Артем Асташенок, який очолює лабораторію астрофізики й космології у Балтійському федеральному університеті. – Коли астрофізики говорять про це, то мова завжди йде про інтерпретацію тих чи інших вимірів”.

Так чи так, всі три оприлюднені в останні місяці роботи об’єднує одне: жодна з них не передбачає існування темної енергії. Тієї невидимої сили, яку фізики й астрономи шукали останні 20 років. Тієї, за “відкриття” якої в 2011 році вручили Нобелівську премію. Тієї, яка лежить в основі сучасних уявлень про Всесвіт.

Можливо, сама гіпотеза про її існування від самого спочатку була помилкою.

Що все це означає?

Наука постійно розвивається, поглиблюючи наші уявлення про навколишній світ. Але теорії, що пояснюють той чи інший феномен, не так уже й рідко згодом виявляються неточними або навіть відверто помилковими.

Наприклад, зараз будь-який школяр знає, що горіння – це процес взаємодії горючої речовини з киснем. Однак цей хімічний елемент відкрили лише в кінці XVIII століття, а до цього вчені вважали, що всі горючі речовини наповнює таємнича вогняна субстанція – флогістон, який вивільняється під час горіння і змішується з повітрям.

Коли з’ясувалося, що під час прожарювання сталі маса металу не зменшується, а навпаки – збільшується, вчені були спантеличені, але швидко пояснили: очевидно, флогістон має негативну масу.

Навіть відкритий 1774 року кисень спочатку називали “дефлогістованим повітрям” – тобто повітрям, яке очистили від флогістону, і тому воно краще підтримує горіння.

І темна енергія цілком може виявитися “флогістоном XXI століття” – якщо з’ясується, що насправді розширення Всесвіту відбувається без прискорення.

З іншого боку, спостереження останніх 20 років дали вченим чимало результатів, що побічно свідчать на користь прискореного розширення. І не дуже зрозуміло, як пояснювати ці спостереження, якщо відмовитися від усталеної теорії.

“Таке важливе питання потребує комплексного підходу, тому зарано говорити про те, що прискорене розширення Всесвіту пов’язане просто з хибною інтерпретацією даних спостережень, – попереджає пан Асташенок. – Однак сама можливість пояснити прискорене розширення без темної енергії вельми цікава”.

“Звичайно, з точки зору “бритви Оккама”, було б добре обійтися без темної енергії, – резюмує експерт, – це позбавило б багатьох проблем. Тому почекаємо розвитку дискусії”.