USA-s töötav vene füüsik selgitas universumi kiirenenud laienemist, meelitamata salapärast tumedat energiat. Kas tumeda energia matmiseks on veel vara?
Mõni aeg tagasi köitis teadusringkondade tähelepanu vene füüsiku Nikolai Gorkavy artikkel, milles ta seadis kahtluse alla niinimetatud tumeda energia olemasolu Universumis. Tume energia on veel leidmata aine, mis arvatakse olevat vastutav universumi kiirenenud languse eest. Kaasaegses astrofüüsikas on Universumi kiirenenud laienemise selgitamisel peamine tumeda energia mõiste, paljud astrofüüsikud üritavad leida selle jälgi ja selliste projektide jaoks eraldatakse palju raha. Tšeljabinski Riikliku Ülikooli lõpetanud ja nüüd Virginias (USA) asuva Greenwichi teaduse ja tehnoloogia instituudi vanemteadur Nikolai Gorkavy kaalus oma ajakirjas MNRAS avaldatud artiklis oma ajakirjas MNRAS avaldatud artiklis Einsteini võrrandite lahendust kahaneva universumi jaoks ja jõudis järeldusele,et kogu gravitatsioonimassi vähenemise tõttu gravitatsioonilainete kiirguse tõttu tekib sellises süsteemis tõrjuv jõud, mis võib muuta Universumi kokkusurumise suureks pauguks.
Nii selgitab autor, et universumi täheldatud kiirenenud langust saab seletada ilma salapäraste ainete, nagu tume energia, meelitamiseta.
"See tähendab, et Universumi kiirenenud laienemist seostatakse mitte praeguse olukorraga, vaid reliktide gravitatsiooniväljadega, mis tekkisid Suure Kompressiooni ajal," selgitas autor oma ajaveebis, kus algasid tõsised vaidlused teose toetajate ja kriitikute vahel.
Gazeta. Ru vestles töö autoriga ja võttis oma vastikult kommentaari, et mõista, kas teadlastel on liiga vara tumedat energiat matta.
- Nikolai Nikolajevitš, kas võime eeldada, et matte oma oletusega tumedat energiat? Ja millised on teie idee kriitikute argumendid?
- Ma arvan küll. Meie töö näitab, et kui Universum variseb kompaktsesse mahu ja pumbab oma massi gravitatsioonikiirgusse, tekib täiesti läbipaistva füüsika abil võimas tõrjuv ehk antigravitatsiooniline jõud, millest koolilaps aru saab. Antigravitatsioon nõrgeneb aja jooksul, kuid jääb selliseks isegi kümne miljardi aasta pärast ja just sellest ei piisanud Universumi kiirenenud laienemise selgitamiseks.
See on üldise relatiivsusteooria range tulemus, mis nõuab fantastiliste gravitatsioonivastaste ainete mitte kasutusele võtmist, Reklaamvideo:
Gravitatsioonipotentsiaali pinda illustreerib sageli kummist kilelehter, mida venitab keskel asuv raske pall. Selles lihtsas mudelis vastab gravitatsioonimassi järsk langus kuuli kiirele tõusule. Kuulile kinnitatud kile pikeneb lehtri keskel koonusekujulises tipus. Keskkoonusel olevad kerged kuulid tormavad keskelt keskele - see on tugev antigravitatsioon.
ning ehitada üles kosmoloogilisi mudeleid, võttes arvesse leitud Einsteini tõrjuvat jõudu. Huvitav on see, et kosmose tekkiva kumeruse põhjused, mis määravad Universumi täheldatud kiirenduse, puuduvad praegusel ajal täielikult. Kujutage ette, et surfajad libisevad kuskil Austraalia lähedal õrnal tsunamilainel. Ümberringi pole orkaani ega tormi ning laine põhjuseks on maavärin, mis juhtus juba ammu ja kaugel kuskil Alaska lähedal. Niisiis annab praeguse kosmoloogilise kiirenduse gravitatsiooniväli või täpsemalt ruumi-aja kumerus, mis tekkis eelmise tsükli Universumi kokkuvarisemise ajal.
Umbes kriitika kohta. Artikli arutamisel avaldati mõtet, et meie lahendus rikub Birkhoffi teoreemi, mis keelab mittestatsionaarse sfääriliselt sümmeetrilise gravitatsioonivälja olemasolu. Kuid osutasime tuntud teostele viidates, et vaatlusalusel juhul on gravitatsioonilainete kiirgajaid, mis rikub kohe ranget sfäärilist sümmeetriat ja muudab Birkhoffi teoreemi meie puhul rakendamatuks. Ausalt, ma ei looda tõsisele kriitikale: Einsteini võrrandite täpse lahenduse vastu on keeruline vaidlustada, palju lihtsam on teeselda, et midagi ei juhtunud, ja jätkake entusiastlikult tumeda energia artikleid, mida avaldatakse nüüd üle tuhande aastas.
- Tõrjuva jõu ilmnemise põhitingimus on süsteemi (antud juhul universumi) gravitatsioonimassi vähenemine. Mass väheneb, kuna gravitatsioonilained kulutavad energiat ära ja E = m * c2. Kuid miks sel juhul see valem ei tööta vastupidises suunas ega võimalda arvutada "gravitatsioonilainete massi"? Kuhu kaob universumi mass?
- Kuulsas võrrandis E = m * c2 on inertne mass. Ja meie töös peetakse gravitatsioonimassi. Kui inertsiaalse massi ja energia suhtes kehtestatakse ranged tingimused, näiteks säilitusseadused, siis gravitatsioonimassi varieeruvusele põhimõttelisi piiranguid ei ole. Olen juba mitu korda pidanud selliseid selgitusi andma ja haritud kuulaja selles kohas tavaliselt vaidlustab: gravitatsioonilise ja inertsiaalse massi täpset võrdsust tõestati Eotvose katsetes ja võttis Einstein oma teooria kui samaväärsuse põhimõtte aluseks. Peame täpsustama peensusi: massimassi on nelja tüüpi - passiivne inerts ja passiivne gravitatsioon, aktiivne inerts ja aktiivne gravitatsioon.
Palju? Lõikame selle nüüd ära. Kui pall langeb maapinnale, siis sellele mõjub M1 * g - gravitatsioonijõud, milles on passiivne mass m, mis reageerib gravitatsioonile. Kiirendus g sisaldab Maa aktiivset massi, mis tekitab gravitatsiooni. Inertsuse M2 * a tõttu, mis mõjutab langevat kuuli (lõppude lõpuks M2 * a = M1 * g), siseneb passiivne inertsmass. Einstein võttis passiivse inertse ja passiivse gravitatsioonimassi võrdsuse (või kiirenduse võrdsuse g = a * M2 / M1 kõigi erinevatest materjalidest peetavate kehade puhul), mida katseliselt tõestas Eotvos, ja nimetas seda ruumi kumeruse avaldumiseks, kus erinevad kehad liiguvad samadel trajektooridel nagu erinevad rongid samadel rööbastel. Nii eemaldas Einstein, kasutades passiivsete gravitatsiooniliste ja passiivsete inertsiaalsete masside võrdsust, neid mõisteid oma teooriast, muutes need fiktiivseteks. Üldises relatiivsusteaduses on ainult aktiivsed massid - inertsed, sisenevad E = m * c2 ja gravitatsioonilised, mis toimib kõverjoonelise ruumi allikana. Samal ajal ei hõlmanud Einstein kõverdatud ruumi allikates gravitatsioonivälja ennast ja gravitatsioonilisi laineid.
- Teie stsenaariumi kohaselt sisaldab universum, mis hakkab laienema, ainult ühte hiiglaslikku musta auku. Kuidas see kokku puutub kuuma universumi mõistetega, mida kinnitavad samad tähelepanekud kosmilise mikrolaine tausta kohta? Kuidas kõik muu tekkis ainult mustade aukudega universumis?
- Meie artikkel ei ole pühendatud kosmoloogiale, vaid arutusele Einsteini teooria tõrjuva jõu üle. Kuid näitena kasutasime universumi lihtsamat mudelit, mis koosnes mustadest aukudest. Realistlikuma mudeli saamiseks on vaja lisada vähemalt elektromagnetiline kiirgus. Koos minu kaasautori Aleksandr Vasilkoviga, Moskva füüsika- ja tehnoloogiainstituudi lõpetanud kogenud teoreetikuga, kes küsib küsimusi mitte kulmul, vaid silmil, mõtleme sellisele universumi mudelile. Kui võtta kõik eelmise universumi tähtede poolt kümnete miljardite aastate jooksul eraldatud valguse kvandid ja need siis väikseks ruumalaks kokku suruda, on energiatihedus, mis kasvab kui 1 / R4, uskumatu. Varisevast Universumist saab hunnik fantastilise energia gammakvante, mis on segatud mustade aukudega. Kui mustade aukude kogumass järsult langeb ja toimub gravitatsioonivastane tsunami,siis plahvatab see hunnik elektromagnetilist energiat igas suunas, suurendades selle energiat ka gravitatsioonivastase potentsiaali korral.
See protsess näeb välja nagu suur pauk. Kuid sina ja mina sattusime tulevasse artiklisse.
- Kas teie teooriaga õnnestub kvantitatiivselt kirjeldada universumi olemasolevat laienemist (ja selle kiirendamist)? Kas me saaksime öelda midagi eelmise universumi parameetrite kohta, mis on vajalikud täna nähtava hoo jaoks?
- Meie artikkel ei ehita kosmoloogilist mudelit, vaid arutleb põhilisema taseme - antigravitatsiooni olemasolu Einsteini gravitatsiooniteoorias. Einsteini võrrandil nõrga välja lähenduses oli kaks üldtuntud lahendit: gravitatsioonilained ja Newtoni konstantse massi külgetõmbeseadus. Saime kolmanda lahenduse: muutuva massi gravitatsiooniseadus, milles leiti antigravitatsioon. Universumi suhtes kohaldatavad kvantitatiivsed hinnangud näitavad, et antigravitatsioon võib olla gravitatsiooni suhtes parem isegi siis, kui universum oli tugevalt kokkusurutud. Kuid antigravitatsiooni võimalikkust arvestavat kvantitatiivset kosmoloogilist mudelit pole veel üles ehitatud. Viimase tsükli kohta võime ikkagi öelda, et eelmise Universumi kokkusurumise lõpus moodustasid mustad augud selle massi olulise osa. Lisaks oli gravitatsioonikiirguse võimas taust.
Artikkel soovitab, et meie Universumit saab täita kõrgsagedusliku (näiteks gigahertsi) gravitatsioonikiirgusega, mis on möödunud Universumi eelmisest tsüklist. Kas selles kiirguses sisalduv energia on suur? Kas me saame seda mõõta? Loodan, et varsti leiame vastused neile küsimustele ja mõistame lõpuks maailma, milles elame.
Olen kindel, et meid ootavad ees hämmastavad avastused ja üllatused. Võimalik, et praktiliselt kasulik.
Pavel Ivanov on füüsika instituudi kosmosekeskuse juhtivteadur. P. N. Füüsikaliste ja matemaatikateaduste doktor Lebedev RAS:
- Pavel Borisovitš, selle töö autorid väidavad, et suudavad lahendada tumeda energia probleemi. Kas olete spetsialistina nõus, et saadud tulemust võib tõesti sellisena tajuda?
- Ma ei nõustu sellega kindlalt ja usun, et tulemus saadi esiteks vale arvutuse tulemusel ja teiseks minu arvates gravitatsioonilainete abil, et teha midagi, mis põhimõtteliselt võiks olla tumeda energia kandidaat võimatu. Selle jaoks on olemas teoreem: laias laastus selleks, et teatud aine põhjustaks Universumi paisumist kiirendusega (mida praegu täheldatakse), peavad sellel olema ebaharilikud omadused. Esiteks peab selle energia tihedusega sama mõõtmega aine rõhk olema negatiivne ja negatiivse tähisega arvestatuna peab see ületama kolmega jagatud energiatiheduse. Siis rikutakse nn tugeva energia seisundit. Erinevatel kosmoloogias kasutatavatel skalaarväljadel on see tingimus, kuid gravitatsioonilistel lainetel, vähemalt klassikalistel, see puudub.
Ja ükskõik mida Gorkavy arvutab, minu arvates ei saa ta seda teoreemi rikkuda.
Kriitika teine osa põhineb asjaolul, et autori tehtud arvutused on valed. See ei võta arvesse samas suurusjärgus olevaid termineid kui võrrandis olev mõiste, mida ta tõlgendas selle antigravitatsiooni andvana. See väljend on vale, kuna selle tuletamisel ei võetud arvesse vaatlusaluse allika poolt tekkivate gravitatsiooniliste lainete panust.
On olemas range teoreem: kui arvestada tühja ruumiaega ilma materiaalsete kehade ja gravitatsioonilaineteta, millel on sfääriline sümmeetria, siis ei saa siin olla midagi peale tuntud Schwarzschildi lahenduse. See on Birkhoffi teoreem.
Ja kui soovite saada mõnda uut ainet, näiteks antigravitatsiooni, peate kas sfäärilise sümmeetria murdma või peab ruumiaeg olema täidetud mingisuguse ainega. Gorkavõis mängivad selle asja rolli allikast voolavad gravitatsioonilained, mis iseenesest suudavad ka gravitatsiooni tekitada. Nii et autor ei arvutanud nende gravitatsioonilainete panust kiirendusse, võttes arvesse panust ainult nende kõige allikast.
Võib näidata, et tema poolt arvestatud panusel on sama väike suurusjärk kui gravitatsioonilainete panusel, mida ta ei arvestanud. Kuigi üldiselt tuleb seda minu väidet ka tõestada, tuleks kommentaarid kirjutada samas ajakirjas jne.
Ja siin on tal õigus, kui ta ütleb: kui soovite mind ümber lükata, kirjutage valemid.
- Argumendina nende kasuks (peaaegu peamine) väidavad autorid, et nad leidsid Einsteini võrranditele lihtsalt lahenduse teatavates algtingimustes. Üldrelatiivsusteooria võrranditega on tõesti raske vaielda. Kuid kas siin on võimalik vaielda probleemi sõnastamise ja saadud lahenduse tõlgendamise üle?
„See, mida nad leidsid, pole täpne lahendus. Ligikaudseid lähenemisi on palju, sealhulgas minu arvates ka valesid. Ligikaudu öeldes võttis ta meetrika tuntud väljendi suurest kaugusest nõrgast gravitatsioonikiirguse allikast ja kirjutas ühe termini välja, väites, et ülejäänud on sfäärilise sümmeetria tõttu ebaolulised. Tehnilisest aspektist lahendati probleem ise valesti, see tuleb lahendada uuel viisil, võib-olla ma teen seda või mõni teine inimene pöörab sellele probleemile tähelepanu.
- Kuid teadusmaailmas on palju tumeda energia kaitsjaid, selle otsimiseks eraldatakse palju raha. Kas tunnistate, et seda ainet ei pruugi seal olla ja Einsteini võrranditest võib järeldada antigravitatsiooni?
- Usun tumedasse energiasse, minu arvates on selle olemasolu usaldusväärne fakt.
See on võimalik, kuid selleks on vaja muuta ka gravitatsiooni teooriat. Tegelikult on seda juba tehtud Starobinsky mudelis ja selles toimub laienemine koos kiirendusega - ehkki universumi varases staadiumis.
