Теория Эйнштейна под сомнением? Новый анализ потенциала Вейля и эволюция Вселенной

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

В последние десятилетия ускоренное расширение Вселенной стало одним из центральных вопросов современной космологии. Теория ΛCDM (Λ - космологическая постоянная, CDM — холодная темная материя) предлагает объяснение с помощью так называемой темной энергии, но её природа остаётся загадкой. Альтернативный подход к разгадке этой тайны лежит в изучении гравитации на космологических масштабах, а ключевую роль здесь играет потенциал Вейля.

Потенциал Вейля — это своего рода «геометрическая карта» Вселенной, отражающая как пространственные, так и временные искажения её геометрии. Измерение эволюции этого потенциала позволяет проверить не только общую теорию относительности, но и более экзотические модели гравитации, которые выходят за рамки стандартной модели. Недавно проведённый анализ данных трёхлетней работы Dark Energy Survey (DES) предоставил уникальную возможность заглянуть в этот «геометрический лабиринт» Вселенной и выявить некоторые неожиданные моменты.

Расширение Вселенной, иллюстрация
Расширение Вселенной, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Новая методика — новый взгляд на проблему

Исследование DES, в отличие от предыдущих работ, использует новый подход к анализу. Он заключается в прямом измерении эволюции потенциала Вейля (функция J), без привлечения дополнительных моделей или гипотез о природе тёмной энергии. Такой подход можно назвать модельнезависимым — он позволяет непосредственно сравнить наблюдаемые данные с предсказаниями различных теорий гравитации, не ограничиваясь стандартной моделью ΛCDM.

Этот метод основан на совместном анализе данных о скоплениях галактик и явлении гравитационного линзирования. Комбинация этих данных дает возможность получить высокоточные измерения функции J в нескольких «красных смещениях» (z), то есть на разных расстояниях и, соответственно, в разные эпохи существования Вселенной. Результаты измерений неожиданны и ставят под сомнение некоторые фундаментальные предположения ΛCDM.

На левой панели показаны измерения в предположении, что космологические параметры раннего времени имеют приоритет от Planck. На правой панели показаны измерения без планковских приоритетов. Черные и оранжевые сплошные линии показывают предсказания для ΛCDM. Заштрихованные области указывают на неопределенность в 1σ для этих предсказаний из-за неопределенностей в первобытных космологических параметрах. Отметим, что из-за изменения космологических параметров (см. Дополнительную таблицу 1) предсказания ΛCDM меняются в случае с предварительными данными и без них, что особенно заметно на больших красных смещениях, где разница между двумя предсказаниями составляет 1,6σ. Исходные данные представлены в файле Source Data (см. оригинальное исследовние) Цитирование: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data. Nat Commun 15, 9295 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53363-6
На левой панели показаны измерения в предположении, что космологические параметры раннего времени имеют приоритет от Planck. На правой панели показаны измерения без планковских приоритетов. Черные и оранжевые сплошные линии показывают предсказания для ΛCDM. Заштрихованные области указывают на неопределенность в 1σ для этих предсказаний из-за неопределенностей в первобытных космологических параметрах. Отметим, что из-за изменения космологических параметров (см. Дополнительную таблицу 1) предсказания ΛCDM меняются в случае с предварительными данными и без них, что особенно заметно на больших красных смещениях, где разница между двумя предсказаниями составляет 1,6σ. Исходные данные представлены в файле Source Data (см. оригинальное исследовние) Цитирование: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data. Nat Commun 15, 9295 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53363-6
Автор: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Источник: www.nature.com
Наблюдаемые отклонения: вызов стандартной модели?

Результаты анализа DES показали, что в двух низших интервалах красных смещений (z < 0.5) измеренные значения потенциала Вейля существенно ниже, чем предсказывает стандартная модель ΛCDM. Это расхождение статистически значимо, и его природа требует дальнейшего изучения.

Интересно отметить, что это расхождение сохраняется даже при исключении данных космического микроволнового фона (CMB). Это свидетельствует о том, что наблюдаемые отклонения не являются следствием ошибок в модели CMB, а скорее указывают на некоторые фундаментальные несоответствия в стандартной космологической модели. Полученные данные DES «предпочитают» модель с более высокой амплитудой первичных флуктуаций плотности и медленной эволюцией потенциала Вейля.

В этом анализе рассматривались только первые 4 бина (сплошные линии). Эффективное красное смещение линз, вычисленное как среднее значение каждого распределения, также приведено для справки. Заштрихованные области показывают распределение источников. Исходные данные представлены в файле Source Data. Цитирование: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data. Nat Commun 15, 9295 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53363-6
В этом анализе рассматривались только первые 4 бина (сплошные линии). Эффективное красное смещение линз, вычисленное как среднее значение каждого распределения, также приведено для справки. Заштрихованные области показывают распределение источников. Исходные данные представлены в файле Source Data. Цитирование: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data. Nat Commun 15, 9295 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53363-6
Автор: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Источник: www.nature.com
Альтернативные теории гравитации: на поиски новых решений

Полученные результаты открывают новые возможности для проверки альтернативных теорий гравитации. Исследование DES позволяет сравнить наблюдаемые данные с предсказаниями различных моделей, не ограничиваясь рамками общей теории относительности.

Анализ в рамках феноменологических моделей гравитации и более сложных моделей Хорндески показал, что некоторые из этих моделей лучше согласуются с данными DES, чем стандартная модель ΛCDM. Это подтверждает необходимость дальнейших исследований и поиска более адекватных моделей для описания эволюции Вселенной.

Каждый кортеж (i, j) представляет собой комбинацию i-го томографического бина для линз и j-го томографического бина для источников. Планки ошибок представляют собой 1 стандартное отклонение. Более темная заштрихованная область соответствует измерениям, исключенным из анализа после наложения базового масштабного сокращения коловратного поперечного расстояния на 6 Мпк/ч. Более светлая заштрихованная область представляет более строгое сокращение масштаба в 21 Мпк/ч, также рассматриваемое в данной работе. Исходные данные представлены в файле Source Data. Цитирование: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data. Nat Commun 15, 9295 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53363-6
Каждый кортеж (i, j) представляет собой комбинацию i-го томографического бина для линз и j-го томографического бина для источников. Планки ошибок представляют собой 1 стандартное отклонение. Более темная заштрихованная область соответствует измерениям, исключенным из анализа после наложения базового масштабного сокращения коловратного поперечного расстояния на 6 Мпк/ч. Более светлая заштрихованная область представляет более строгое сокращение масштаба в 21 Мпк/ч, также рассматриваемое в данной работе. Исходные данные представлены в файле Source Data. Цитирование: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Measurement of the Weyl potential evolution from the first three years of dark energy survey data. Nat Commun 15, 9295 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53363-6
Автор: Tutusaus, I., Bonvin, C. & Grimm, N. Источник: www.nature.com
Дальнейшие исследования: в ожидании новых данных

Наблюдаемые отклонения от предсказаний ΛCDM поставят перед космологами ряд задач, требующих дальнейшего исследования. Для более точной верификации и понимания наблюдаемых отклонений необходимо улучшение точности измерений потенциала Вейля. Ожидается, что будущие космические эксперименты, такие как Euclid и LSST, предоставят значительно более точные и полные данные, позволяющие выявить природу темной энергии и проверить достоверность альтернативных теорий гравитации.

Этот новый подход к анализу данных, ориентированный на прямое измерение эволюции потенциала Вейля, обещает стать важным инструментом в исследовании загадки темной энергии и понимании глубинных законов, управляющих эволюцией нашей Вселенной. Он подчеркивает необходимость комплексного подхода, объединяющего наблюдения и теоретические модели, для достижения прогресса в этом захватывающем направлении современной физики.

4 комментария

Добавить комментарий

1
Автор в очередной раз показывает свой дебилизм.
Вейль — соавтор Эйнштейна по теории гравитации
M
Есть бритва Оккама и правило «не плоди лишние сущности». Я делаю ставку на усталость света. На то, что на космических масштабах вращение фазы световой волны испытывает хоть и небольшое, но трение. Надо быть идиотом, чтобы не догадаться, что то самое «расширение с ускорением», которое выглядит как увеличение красного смещения с расстоянием, может иметь более простое объяснение.
a
Усталость света — еще одна лишняя сущность.
c
Трение фазы — это мощно. Эта штука сильнее чем «Фауст» Гёте.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Как выглядела Формула-1, когда проходила последняя гонка в Малайзии: вспоминаем 2017 год

  • Тематическая подборка
  • Спорт
Впервые за 9 лет Формула-1 приехала в Малайзию, где вынужденно организован Гран-при Бахрейна. В 2017 году, когда на трассе «Сепанг» проходили последние заезды Королевы автоспорта, гоночный...

«Таурас-207»: последний советский телевизор с «кладом», переживший страну на 20 лет

Что там современные дорогущие плазмы, к которым многие даже пальцем прикоснуться опасаются: то ли дело советские черно-белые телевизоры. Их ремонт мог запросто провести любой владелец:...

Долина Вади-Рам в Иордании: почему стоит посетить главную инопланетную съемочную площадку Голливуда

В декабре ожидается премьера новой части «Дюны», одного из самых громких голливудских блокбастеров года. А вот оказаться на ее съемочной площадке можно хоть сегодня, и для этого даже не придется...

Битва за победу до самого финиша: обзор Гран-при Азербайджана Формулы-1 2026 года

В прошлые выходные на городской трассе в Баку состоялся пятнадцатый этап Формулы-1 сезона 2026 года. Гран-при Азербайджана традиционно порадовал зрителей столкновениями и борьбой до последнего...

Что, если ваши сны покажут на дисплее? ИИ научился считывать зрительную кору всего за 15 минут

Когда человек смотрит на окружающий мир, свет падает на сетчатку глаза, превращается в электрические импульсы и уходит в глубины зрительной коры. Там сигналы распределяются по миллионам нервных...

Как волк выбирает себе волчицу и правда ли, что потом никогда не ходит «налево»

Про волков часто пишут почти как про людей: встретил одну волчицу, создал с ней семью и больше ни на кого не смотрит. Такая версия встречается настолько часто, что я долго воспринимала её почти как...