Космологи нашли способ опровергнуть важнейшее свойство Вселенной

Допущения, которые физики делали о Вселенной свыше ста лет, могут быть пересмотрены. Все больше свидетельств того, что она гораздо более неоднородна, чем мы думали, — а это способно объяснить ряд самых запутанных космологических проблем современности.

Моделируя Вселенную, космологи не могут описать каждую галактику по отдельности, поэтому вынуждены идти на упрощения. Обычно они предполагают, что в самых крупных масштабах Вселенная однородна и изотропна: куда ни глянь — везде примерно одно и то же.

Такая модель называется вселенной Фридмана (метрика Фридмана–Леметра–Робертсона–Уокера — FLRW) — в честь советского ученого, который вывел ее в качестве первого основного развития общей теории относительности. С тех пор (его решение опубликовано в 1922-м) почти все космологические наблюдения интерпретируются именно через эту модель.

Физики-теоретики Тимоти Клифтон из Лондонского университета королевы Марии и Аста Хайнесен из Копенгагенского университета разработали тест для проверки, насколько точно FLRW описывает нашу Вселенную, который обнародовали в препринте на arXiv.

Он основан на сочетании разных формул для космических расстояний, которые строятся по наблюдениям сверхновых и колебаниям плотности вещества. Комбинации подобраны так, чтобы давать ноль в случае справедливости модели FLRW. Любой ненулевой результат укажет на необходимость новой модели. Ранее предлагались и другие проверки, но ни одна из них не позволила однозначно заявить о несостоятельности вселенной Фридмана.

Во второй и третьей работах Хайнесен вместе с Софи Мари Коксбанг из Университета Южной Дании применили этот тест к уже имеющимся космологическим данным.

Сделать это было непросто: сначала исследовательницам пришлось выяснить, как извлечь из данных нужные расстояния, не опираясь на FLRW (чего требует традиционный подход). Затем они применили метод на основе искусственного интеллекта — символьную регрессию, — чтобы подобрать формулы для этих расстояний, пригодные для теста. Результат оказался отчетливо ненулевым — значит, модель, скорее всего, несовершенна.

«Меня удивил наш результат. Он расходится с многими предыдущими работами», — говорит Хайнесен.

«Это наводит на мысль, что Вселенная может быть не так проста, как кажется», — добавляет Клифтон.

По его словам, это, возможно, первое указание на недостаточную полноту вселенной Фридмана, что «открывает целый мир новых и интересных возможностей».

Хотя полученные результаты весьма показательны, они пока не достигают строгой статистической значимости, необходимой для признания открытием, — 2–4σ, а золотой стандарт, как известно, 5σ. Поэтому исследователи ждут новых, более точных данных.

Тем не менее, складывающаяся картина может иметь далеко идущие последствия. Космологов давно ставят в тупик расхождения в скорости расширения Вселенной — несоответствие между тем, что было в ее ранней истории, и тем, что наблюдается сейчас. А недавно и вовсе выяснилось, что темная энергия ослабевает.

По мнению Клифтона, разгадка этих парадоксов и может объясняться тем, что Вселенная на самом деле не однородна, а скорее «комковата». Ведь все наши измерения — это лишь средние значения, и ожидать, что они точно опишут ситуацию в какой-то конкретный момент времени, не приходится, заключил он.