Пустота в космосе: ключ к разгадке проблемы Хаббла и альтернатива темной материи

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Оффтопик

Вселенная расширяется. Это факт, который был установлен еще в 1929 году американским астрономом Эдвином Хабблом. Он обнаружил, что галактики удаляются друг от друга с постоянной скоростью, пропорциональной их расстоянию. Эта скорость называется постоянной Хаббла и является одним из ключевых параметров космологии.

Автор: Pablo Carlos Budassi/wikipedia, CC BY-SA Источник: phys.org

Однако в последние годы постоянная Хаббла стала предметом ожесточенных споров между учеными. Разные методы измерения этой величины дают разные результаты, которые не согласуются друг с другом и с теоретическими ожиданиями. Это приводит к так называемому напряжению Хаббла — одной из самых больших загадок современной космологии.

Одно из возможных объяснений этого парадокса, предложено группой ученых из Великобритании и Израиля. Они утверждают, что мы живем в гигантской пустоте в космосе — области с ниже средней плотностью материи. Это может искажать наши локальные измерения скорости расширения Вселенной и приводить к расхождению с глобальными предсказаниями.

Стандартная модель космологии

Для того, чтобы понять, в чем состоит проблема Хаббла, нужно сначала ознакомиться с основами стандартной модели космологии. Эта модель, также известная как модель Лямбда-холодная темная материя (ΛCDM), описывает эволюцию и структуру Вселенной на основе общей теории относительности Эйнштейна и ряда допущений и параметров.

Одним из этих параметров является постоянная Хаббла, которая характеризует скорость расширения Вселенной в настоящее время. По определению, она равна скорости, с которой галактика удаляется от нас, деленной на расстояние до нее. Постоянная Хаббла измеряется в километрах в секунду на мегапарсек (единица длины в астрономии, равная около 3,26 миллиона световых лет). Согласно стандартной модели, она составляет около 70 км/с/Мпк.

Это значение можно предсказать, используя другой важный источник информации о Вселенной — космическое микроволновое фоновое излучение (КМИ). Это излучение, оставшееся от Большого взрыва, заполняет все пространство и несет в себе отпечаток состояния Вселенной в самые ранние эпохи ее истории. Изучая КМИ, мы можем восстановить параметры стандартной модели и проверить ее согласованность с наблюдениями.

Колебания температуры реликтового излучения
Автор: NASA Источник: phys.org

Напряжение Хаббла

Однако, когда мы измеряем постоянную Хаббла, используя другие методы, основанные на более близких объектах, таких как галактики и сверхновые, мы получаем другое значение — около 74 км/с/Мпк. Это на 10% больше, чем предсказывает стандартная модель на основе КМИ. Это расхождение называется напряжением Хаббла и ставит под сомнение правильность нашего понимания Вселенной.

Существует много возможных объяснений этого парадокса, но ни одно из них не является удовлетворительным. Некоторые ученые считают, что это просто статистическая ошибка, которая исчезнет с улучшением точности измерений. Другие предполагают, что это свидетельствует о необходимости внести коррективы в стандартную модель, например, добавить новые виды материи или энергии или изменить законы гравитации.

Пустота в космосе

Одним из самых радикальных и оригинальных предложений является идея, что мы живем в гигантской пустоте в космосе. Пустота — это область с ниже средней плотностью материи, которая образуется в результате неоднородности распределения материи в Вселенной. Пустоты занимают большую часть объема Вселенной и окружены более плотными областями, где сконцентрированы галактики и скопления галактик.

Предположим, что мы находимся в центре такой пустоты, которая имеет радиус около миллиарда световых лет и плотность на 20% ниже средней. Тогда мы будем наблюдать, что галактики вокруг нас удаляются быстрее, чем ожидалось. Это связано с тем, что пустота подвергается оттоку материи — более плотные области притягивают материю из пустоты и разрывают ее. Этот эффект усиливается с расстоянием, так как плотность пустоты уменьшается к ее краям.

Таким образом, мы получаем искаженную картину расширения Вселенной, которая не соответствует глобальной модели. Это может объяснить, почему наши локальные измерения постоянной Хаббла выше, чем предсказывает стандартная модель на основе КМИ.

Альтернативная теория гравитации

Однако, чтобы сделать эту идею работоспособной, нужно сделать еще одно допущение. Нужно предположить, что стандартная модель космологии не справедлива, а вместо нее использовать альтернативную теорию гравитации, называемую модифицированная ньютоновская динамика (MOND).

MOND была предложена для альтернативного объяснения аномалий в скоростях вращения галактик, уходя от предположений о существовании невидимого вещества, называемого «темной материей». MOND вместо этого утверждает, что аномалии можно объяснить тем, что закон гравитации Ньютона нарушается, когда гравитационное притяжение очень слабое — как это бывает во внешних областях галактик.

В MOND история расширения Вселенной похожа на стандартную модель, но структура (например, скопления галактик) формируется быстрее. Это позволяет согласовать модель с наблюдениями, которые свидетельствуют о том, что мы живем в локальной пустоте, и что пустота имеет большой и быстрый поток материи — среднюю скорость материи в данной области.

Ученые, предложившие эту модель, провели ряд тестов, сравнивая ее с различными космологическими данными, такими как КМИ, распределение галактик, потоки галактик и другие. Они обнаружили, что модель дает довольно хорошее соответствие наблюдениям, если предположить, что мы находимся в центре глубокой и расширенной пустоты.

Заключение

Идея, что мы живем в гигантской пустоте в космосе, которая искажает наши измерения скорости расширения Вселенной, является одной из самых необычных и провокационных в космологии. Она требует отказа от стандартной модели и принятия альтернативной теории гравитации, которая нарушает закон Ньютона. Однако, она также предлагает интересный способ разрешить проблему напряжения Хаббла и согласовать разные методы измерения постоянной Хаббла.

Эта идея не лишена проблем и критики. Она сталкивается с трудностями в объяснении некоторых других космологических явлений, таких как линзирование гравитации, а также должна доказать существование такой большой и глубокой пустоты, которая противоречит предсказаниям стандартной модели. Кроме того, она подразумевает, что мы занимаем особое место во Вселенной, что нарушает принцип космологической однородности и изотропии.

В любом случае, эта идея заслуживает внимания и дальнейшего исследования, так как она демонстрирует, что космология все еще полна неизвестных и загадок, и что мы можем быть свидетелями революции в нашем понимании Вселенной.

18 комментариев

M
И ведь никто из ученых даже не предположил простых решений этой проблемы, типа предположения, что свет все таки испытывает как бы небольшое трение и немного теряет энергию с расстоянием. При таком раскладе ответ получается очень простым. Ничего никуда на самом деле не расширяется. И никакая теория большого взрыва при этом становится не нужна. И всю эту темную материю тоже можно сразу выкинуть на помойку.
A
Было бы интересно посчитать структурные функции для фотонов подобно тому, как это сделали в свое время Кураев и Фадин для электронов. Но, боюсь, такую модель довольно сложно написать.
Для начала можете прикинуть сечение, к примеру, фотон-фотонного взаимодействия, когда у фотонов энергии уровня реликтового излучения и видимого света. Подозреваю, там будет такой мизер, что и заморачиваться не надо.
a
Вообще то, ВСЕ ПРОСТЫЕ решения были сразу рассмотрены и не подтвердились.
А теперь вопрос #1 С чего вы взяли, что учёные не предлагали? Вам же плевать на физику, и знаете её в пределах неполной школьной кастрированной программой.
Вопрос #2 Где вы набрались этой дичи с «трением света» и его «старением»? На данный момент могу лишь предположить, что подобные ущербные «гипотезы», изначальго противоречащие реальным наблюдениям реального мира, существуют у комментариях к новостям. И распространяются на подобии информационного вируса )
A
В ускорителях типа LEP электроны летят в сопровождении заметного облака из всякой всячины. В результате их энергии весьма заметно отличаются от «расчетной» энергии ускорителя. И чем выше энергии, тем сильнее «немонохроматичность» пучка. Вполне можно считать это «трением» электрона. Что там с фотонами может происходить — сложно сказать. Считать надо.
a
Если ты не осилил школу и плевать тебе на физику, тогда какого черта ты смеешь декларировать, что простые решения не предлагались и не рассматривались?
А как на счёт версии, что «простые варианты» тебе кажутся убедительными, как раз из-за отсутствия информации, требующей десяток лет изучения математики и физики?
P
Простое решение, описанное вами, было предложено учёными почти 100 лет назад. Как и почти все «простые решения», которые конспирологи любят приводить в пример того, что «учёные скрывают». К сожалению, сами конспирологи ничего придумывать не умеют. И это «простое решение» проверялось, как и все остальные «простые решения». Так работает наука. Конспирологи об этом забывают, так как сами они работать не привыкли, и не знают, что всем остальным работать приходится. И предсказания этого простого решения не подтверждаются наблюдениями. В частности, насколько я знаю, такая модель предсказывает дополнительное уширение спектральных линий из-за «трения». Чего в реальности не происходит.
D
типа предположения, что свет все таки испытывает как бы небольшое трение и немного теряет энергию с расстоянием.

Была такая теория. Много десятков лет назад. Но не выжила.
10911145@vkontakte
Не судите строго, я могу сейчас глупостей наговорить, но у меня есть вопрос. И чисто профанское предположение про тёмную материю. Будет много букв, но я постараюсь быть понятным.
Гравитация — это не вполне сила, а скорее следствие искажения ткани пространства-времени массивными объектами, так? Эффект гравитации не столько притягивает тела, сколько меняет траекторию их движения по направлению к центру масс. Вроде того? Часто ещё это представляют в виде шарика, который лежит на поверхности натянутой тряпочки. И вроде как именно поэтому не найден «агент», обеспечивающий это взаимодействие — гравитона так никто и не увидел. Зато увидели гравитационные волны в ткани пространства-времени.
Так вот. Мне подумалось, а что если изначальное полотно пространства-времени не такое уж и плоское как натянутая поверхность из классического примера с шариком? Вдруг это скорее одеяло на кровати — здесь впадина, там выпуклость. И даже если никаких объектов на нём не лежит, оно всё равно не идеально ровное. Что если мы принимаем эти «изначальные» впадины в ткани мироздания за скопления тёмной материи?
Ничего удивительного не было бы в том, что галактики чаще всего образовываются внутри таких потенциальных ям — вещество туда просто «скатывается» и уже не может покинуть колодец, не накопив избыточной энергии. И это воспринимается нами как гравитационный эффект, не дающий галактикам разлетаться в пространстве и удерживающий звёзды вместе какой-то дополнительной массой.
Но если бы тёмная материя состояла из массивных частиц — разве не собиралась бы она в тёмные планеты и астероиды? И не встали бы эти объекты на орбиты вокруг звезд и не влияли бы на орбиты других видимых тел? Ничего подобного, насколько я знаю, не наблюдается.
Объяснением, как мне показалось, как раз может быть то, что никаких «частиц тёмной материи» вовсе не существует (поэтому их никогда не найдут, как и гравитон), а эффект массы тёмной материи — это следствие неравномерного «натяжения» изначального полотна пространства-времени. Ну, что, бред это или не бред?
Впрочем, даже если бред, я всё равно использую эту идею в фантастическом рассказе)
M
Ну я про это тоже думал. Никто опять же не учитывает, что пространство-время может быть неровным само по себе. Без гравитации. Гравитация скорее всего является результатом натяжения пространства. Мы когда струну натягиваем, возникает не только поперечное натяжение, но и продольное. Там возникает подобный эффект. Но это сразу конкретно сломает общую теорию относительности.
10911145@vkontakte
Тёмная материя вроде её и без того ломает) На сверхбольших расстояниях. Вернее, это как раз, костыль, чтоб всё работало нормально. Но на самом деле, хз, я не спец) Так, фантазирую.
A
ОТО несколько сложнее, чтобы ее так просто сломать. )))
10911145@vkontakte
Ну я готов принять, что для того, чтобы понять мою ошибку, надо знать злую математику, которая мне не по плечу) Спать я от этого хуже не стану)
100805364139628471091@google
Эта теория уже была описана до вас) я тоже её кстати поддерживаю
P
Проблема этого решения заключается в том, что его, во-первых, никак нельзя проверить. В том случае, если тёмная материя материальна, её, хотя бы, можно искать. Во-вторых, непонятно, почему неоднородности пространства-времени «любят» быть более-менее сферическими и сцепляться со скоплениям материи (галактикам). В-третьих, почему не наблюдается антигравитирующих неоднородностей? В-четвёртых, предположение о том, что пространство-время само по себе не является однородным, делает все известные законы физики заведомо неверными, что не очень удобно для жизни :)
10911145@vkontakte
Ну что ж, не страшно) Я могу жить в мире как с тёмной материей, так и без неё. Всё, господа, учёные, спасибо за дискурс. Я пошёл делать то, что умею — играть музыку и писать рассказы)
Upd. Только одно замечание по поводу вашего сообщения. Здесь причина и следствие местами перепутаны. У меня получилось, что не тёмная материя собирается в сферическую форму вокруг галактик, а галактики чеще всего собираются там, где есть эти сферические структуры (ну или эти мои ямы волшебные). Но, как мы выяснили, всё это пурга, и значения не имеет)
a
Гравитация — именно притягивает. Вектор притяжения- по кратчайшему пути, с поправкой на ограничение скорости взаимодействий скоростью света.
«Складка» пространства-времени, конечно, здорово. Только вот, тёмная материя притягивает тёмную материю… А дефекты самого континуума взаимодействовать с другими дефектами не должны по определению.
Тёмная материя достаточно разряжена: в сфере, радиусом орбиты Земли вокруг Солнца, в случае равномерного распределения ТМ в нашей галактике, ее окажется порядка 10^13 кг. Что в 10 000 000 раз меньше Цереры — наименьшее планетоида Солнечной системы.
… Если перевести на рабоче-крестьянский, то частицы ТМ настолько разряжены в пространстве. Что практически никогда не сталкиваются друг с другом. И тк с обычной матерей она не взаимодействует, то не существует механизма её уплотнения в массивные компактные структуры. То есть,
частица ТМ, захваченная гравитацией Солнца, может влететь в Солнечное ядро и покинуть солнечную систему, отдав обратно всю набранную кинетическую энергию, набранную в процессе падения в гравмтационную яму Солнца.
101246479296698766996@google
Товарищи ученые, доценты с кандидатами!
Замучились вы с иксами, запутались в нулях
Сидите, разлагаете молекулы на атомы
Забыв, что разлагается картофель на полях…
9069065833844876795@mailru
Ученые, считают, что частицы темной материи тяжелее протона в 100-1000 раз. Что же это такое «тёмная материя»? Если учёные знают что протоны и нейтроны состоят из кварков, то почему так тяжело определить частицу тёмной материи которая в 100 раз тяжелее протона?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Салфетки, листы, пластины: новшества в стирке – как это работает

В последние годы мир стирки претерпевает настоящую революцию. Рядом с традиционными гигантскими коробками стирального порошка и бутылками с жидкими средствами на полках магазинов все чаще...

Почему макадамия считается самым дорогим орехом в мире

Многим из нас нравится вкус орехов. Кроме того, что их можно есть спелыми и сразу, их еще добавляют в многочисленные блюда в виде специй, а так же маринуют, жарят, варят и готовят на костре....

VirusTotal или как быстро проверить сайты и небольшие файлы на вирусы

Каждый из нас время от времени сталкивается с подозрительными сайтами, файлами, играми и т. д. Мы их находим сами или нам их могут подкинуть, например, по работе или знакомые. Особенно это часто...

Как нас обманывают маркетологи продавая поддельные аккумуляторы. Как различить подделку аккумулятора и что у него внутри

Заказал недавно себе фонарик на AliExpress, очень обрадовался цене, потому что она была уж очень привлекательной, с учетом того что продавался он в комплекте с двумя аккумуляторами типа 18650.Но...

Первые убедительные доказательства образования нейтронной звезды после взрыва сверхновой

Сверхновые — это одни из самых потрясающих и важных явлений во вселенной. Они не только поражают нас своей красотой и мощью, но и являются источниками элементов, из которых состоит все...

Как Рим изменил Африку: новый взгляд на историю древних цивилизаций

Северная Африка — это регион, который был свидетелем многих исторических событий и цивилизаций, от финикийцев и карфагенян до римлян. Однако, как часто бывает, история этого региона была...