Темная энергия - ошибка интерпретации? Почему ускорение Вселенной может оказаться миражом⁠⁠

С темной энергией у современной космологии сложились странные отношения. С одной стороны, это краеугольный камень стандартной модели ΛCDM, объясняющий ускоренное расширение Вселенной. С другой - за 25 лет с момента открытия этого ускорения никто так и не приблизился к пониманию физической природы феномена. 68% содержимого Вселенной остаются "темной лошадкой" - удобной переменной в уравнениях, которая спасает теорию, но ничего не говорит о реальности.

Новозеландский физик-теоретик Дэвид Уилтшир уже два десятилетия разрабатывает альтернативный подход, способный, по его мнению, устранить необходимость в этой загадочной сущности. Его модель, получившая название Timescape ("временной ландшафт"), долгое время оставалась на переферии мейнстрима. Однако в конце 2024 года группа Уилтшира опубликовала результаты, которые заставили даже скептиков как минимум внимательно перечитать статью. Разберемся, в чем суть гипотезы и почему она вызывает столько споров.

Время, которое течет по-разному

Ключевая идея Timescape одновремено проста и радикальна. Стандартная космологическая модель исходит из того, что Вселенная в больших масштабах однородна и изотропна - проще говоря, везде одинакова. Это допущение позволяет описывать ее глобальное расширение единым параметром. Но реальная Вселенная, если взглянуть на карту распределения галактик, больше напоминает гигантскую пену: существуют колоссальные пустоты - войды, диаметром в сотни миллионов световых лет, и плотные нити из скоплений галактик.

Согласно Общей теории относительности, гравитация замедляет течение времени. В плотных областях, таких как наша Местная группа галактик, часы идут медленнее, чем в почти пустых войдах. Уилтшир утверждает, что этой разницей нельзя принебрегать. На протяжении миллиардов лет накапливается огромный временной перекос: в центре крупного войда могло пройти значительно больше времени, чем в галактике, подобной Млечному Пути.

Когда мы наблюдаем далекие сверхновые - главный инструмент для измерения космических расстояний - их свет проходит через области с разной гравитацией и, следовательно, с разным темпом времени. Модель Timescape предполагает, что воспринимаемое нами ускоренное расширение Вселенной - не более чем иллюзия, вызванная этой неоднородностью времени. Никакой темной энергии. Только неучтенные поправки к ходу часов.

Напряжение Хаббла как аргумент в пользу модели

У гипотезы Уилтшира есть следствие, которое делает ее особенно привлекательной на фоне текущих проблем космологии. Речь идет о знаменитом "напряжении Хаббла" - расхождении между значениями постоянной Хаббла (скорости расширения Вселенной), полученными двумя принципиально разными методами. Измерения по реликтовому излучению ("ранняя" Вселенная) и по сверхновым с цефеидами ("поздняя" Вселенная) дают результаты, которые расходятся настолько сильно, что статистическая погрешность уже не может служить объяснением.

Timescape подходит к проблеме радикально: модель утверждает, что единой скорости расширения для всей Вселенной не существует в принципе. В войдах она одна, в плотных областях - другая. Попытка измерить глобальный параметр, усредняя данные по разным "временным ландшафтам", неизбежно приводит к противоречиям. Когда исследователи натягивают модель Timescape на наблюдательные данные, она самостоятельно выдает значение, которое неплохо согласуется с обоими наборами измерений, снимая знаменитое "напряжение".

"Очень сильное доказательство" и его пределы

В декабре 2024 года в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society вышли две статьи команды Уилтшира с анализом каталога Pantheon+ (данные по 1535 сверхновым типа Ia). Используя байесовскую статистику, авторы сравнили, насколько хорошо данные объясняются стандартной ΛCDM и их моделью Timescape.

Результат, по их собственным заявлениям, выглядит впечатляюще: байесовский фактор ln B превысил значение 5, что на языке статистиков классифицируется как очень сильное доказательство в пользу Timescape. Даже после исключения из выборки ближайших сверхновых (чтобы убрать возможное влияние локальных неоднородностей) преимущество модели сохранялось. "Наши результаты показывают, что нам не нужна темная энергия, чтобы объяснить ускорение Вселенной", - резюмировал Уилтшир.

Однако научное сообщество встретило эти выводы со здоровой долей скепсиса. И на то есть несколько фундаментальных причин.

Проблема №1: Селективность объяснения. Модель Timescape создавалась и оттачивалась именно на данных по сверхновым. Но космология опирается на целый комплекс независимых наблюдений: анизотропия реликтового излучения, барионные акустические осцилляции, крупномасштабная структура Вселенной. Стандартная ΛCDM успешно (хотя и не без натяжек) описывает всю эту совокупность данных. У Timescape пока нет целостной картины, объясняющей всё вышеперечисленное.

Проблема №2: Статистическая методология. Критики указывают, что заявленное преимущество может быть следствием не физической адекватности модели, а особенностей статистической обработки. При более строгих критериях и на больших красных смещениях данные, по мнению ряда специалистов, демонстрируют лучшее соответствие именно ΛCDM. Не исключено, что команда Уилтшира, сама того не желая, осуществила тонкую подгонку математики под желаемый результат.

Проблема №3: Масштаб эффекта. Чтобы модель Timescape воспроизвела наблюдаемое ускорение, разница в течении времени между войдами и галактиками должна быть огромной - по оценкам, до 35%. Простые оценочные расчеты, основанные на реальной массе нашей Галактики и ее окрестностей, показывают, что гравитационное замедление времени в Млечном Пути не может превышать тысячных долей процента. Откуда берутся 35% - вопрос, на который у сторонников модели пока нет убедительного ответа.

Всё, конец?

На сегодняшний день Timescape - не новая парадигма и не опровержение темной энергии. Это смелая, математически гипотеза, которая решает одну конкретную задачу, но сталкивается с серьезными трудностями при попытке описать всю совокупность космологических данных. В истории науки такие ситуации не редкость: часто они заканчиваются для смелых гипотез архивной полкой, но иногда - становятся предвестниками настоящей научной революции.

Окончательный вердикт будет вынесен в ближайшие годы. В строй вступают инструменты нового поколения - космический телескоп "Евклид", наземная обсерватория имени Веры Рубин (LSST), спектроскопический проект DESI. Они соберут данные о миллиардах галактик и тысячах сверхновых с точностью, недостижимой ранее. Если Timescape выдержит проверку этими массивами информации - учебники прийдется переписывать (но это не точно). Если нет - она займет свое место в длинном списке остроумных, но несостоявшихся объяснений мироустройства.

Источники:

· Оригинальная научная статья: Supernovae evidence for foundational change to cosmological models (Seifert et al., 2024).

· Популярное изложение: The dark energy illusion - материал в New Scientis