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

45 секунд над волнами без единого вдоха: как морская рыба побила мировой рекорд полета и чем за это заплатила

Секундомер видеомонтажного пульта японского телеканала NHK зафиксировал ровно 45 с непрерывного парения рыбы над гребнями волн на скорости около 50 км/ч. Для наглядности: первый в истории...

Портативный ЦАП/усилитель MUSE HiFi U3: с интегрированым USB-C коннектором и дискретными операционными усилителями

Представленный в обзоре бюджетный портативный ЦАП/усилитель MUSE HiFi U3 обладает балансным и обычным аудиовыходами, двойным дискретным усилителем, а так же встроенным USB-C коннектором....

В реке стерлядь нерестится раз в три года, а на фермах — каждые 9 месяцев: за счет чего сжали цикл

Ровно 1,4 кг веса и сформированная черная икра внутри: в дикой Волге самка стерляди доходит до этого состояния только к 7-8 г. жизни. На закрытых рыбных фермах точно такой же результат...

Какую форму для льда выбрать: силиконовую или пластиковую?

Разница между силиконовыми и пластиковыми формами для льда — это не просто вопрос вкуса, а выбор между практичностью, долговечностью и гигиеной. У каждого материала есть преданные...

Kiwi Ears Allegro BAL — обзор ЦАПа/усилителя для наушников с двумя балансными выходами

Компания Kiwi Ears продолжает свою линейку Allegro новой моделью ЦАПа с приставкой BAL. Эта приставка означает, что в ЦАПе реализован балансный разъем 4,4 мм, но теперь, в отличие от предыдущих...

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...