Открыт новый закон Вселенной: её эволюцию определяет баланс сжимающейся материи и расширяющейся пустоты

Вселенная, как мы её себе представляем, на самом деле — большая ложь. Ну, или, если быть точнее, слишком сильное упрощение. Мы привыкли думать о космосе как о равномерно расширяющемся пространстве, этаком гигантском бульоне, в котором галактики плавают, как одинокие фрикадельки. Но что, если эта картина в корне неверна? Что, если настоящая динамика Вселенной скрыта не в самих галактиках, а в гигантских пустотах между ними и в массивных сгустках, которые они образуют?

Новое исследование австралийских физиков предлагает именно такой, куда более сложный и, честно говоря, реалистичный взгляд. И он может разом решить несколько главных головоломок современной космологии.

Космос с комками: почему гладкая модель не работает?

Почти вся современная космология строится на так называемой стандартной модели (или ΛCDM), которая описывает Вселенную от Большого взрыва до наших дней. Модель эта невероятно успешна, но у неё есть одно «врождённое» допущение: в больших масштабах материя распределена более-менее равномерно. Для расчётов это удобно — Вселенная представляется этаким гладким, гомогенным пространством.

Проблема в том, что реальность выглядит иначе. Наша Вселенная — это не бульон, а скорее космическая «пена». Она состоит из гигантских пустот, или войдов, которые могут простираться на сотни миллионов световых лет. Стенки этой пены — это нити и скопления галактик, массивные гравитационные узлы, где материя сжимается в звёзды, чёрные дыры и целые галактические кластеры.

Долгое время учёные считали, что на общую картину расширения Вселенной эти «комки» и «дырки» не сильно влияют. Но по мере того, как наши телескопы становились всё точнее, начали появляться странные аномалии — данные, которые никак не хотели укладываться в гладкую модель. Словно Вселенная настойчиво намекала: «Вы что-то упускаете!»

Именно эту «неудобную» реальность и решил учесть доктор Леонардо Джани из Квинслендского университета. Его идея проста и элегантна: а что, если перестать игнорировать эту комковатую структуру и посчитать, как гравитация сжимающихся областей и расширяющихся пустот влияет на то, что мы измеряем?

Рецепт от доктора Джани: как учесть пустоту?

Чтобы проверить свою гипотезу, команда доктора Джани вооружилась данными одного из самых мощных инструментов для картографирования космоса — Спектроскопического инструмента для исследования тёмной энергии (DESI). Этот прибор позволил заглянуть на 11 миллиардов лет в прошлое, дав учёным беспрецедентно детальную карту распределения материи.

Их подход можно описать так. Представьте себе карту, на которой нужно отметить, насколько большие пустоты и насколько массивные скопления материи начинают влиять на общую картину мира. Учёные построили график, где по одной оси откладывался минимальный размер влияющего на измерения войда, а по другой — минимальный размер влияющего скопления.

Стандартная модель предсказывала, что все данные должны сойтись в одной точке — там, где и войды, и скопления были бы настолько огромными, что их просто не могло бы существовать. Проще говоря, она говорила: «Эти неоднородности не важны».

Но реальные данные, полученные DESI и другими независимыми обзорами, сошлись совсем в другой области графика. И эта область прямо указывала: гигантские космические пустоты не просто существуют, они активно влияют на наши измерения. Их расширение — такой же важный фактор эволюции Вселенной, как и гравитационное сжатие материи. Модель Джани, по сути, дала простой математический «рецепт», как это влияние посчитать, не прибегая к экзотическим теориям.

Две головные боли космологии и одна элегантная таблетка

И вот тут-то и начинается самое интересное. Оказалось, что этот новый подход способен изящно разрешить две самые большие проблемы, мучающие космологов последние годы.

1. «Напряжённость Хаббла». Это настоящая драма в мире физики. Если измерять скорость расширения Вселенной по реликтовому излучению (эху Большого взрыва), получается одно значение. А если по свету от близких к нам сверхновых — другое. Разница около 10%, и это никак не списать на погрешность. Учёные ломают головы: может, мы не знаем какой-то новой физики? Модель Джани предлагает иное объяснение. Возможно, никакой новой физики и не нужно. Расхождение возникает потому, что мы, находясь внутри одного из «комков» материи, измеряем расширение иначе, чем если бы мы смотрели на картину в целом. Влияние ближайших войдов и скоплений искажает наши локальные измерения, создавая эту самую «напряжённость».
2. Загадка тёмной энергии. Мы знаем, что Вселенная расширяется с ускорением, и виним в этом таинственную тёмную энергию. Но какова её природа? Является ли она постоянной величиной (космологической константой) или её сила меняется со временем? Некоторые данные намекали на то, что тёмная энергия может ослабевать. Модель Джани показывает, что это может быть иллюзией. Вселенная ведёт себя так, будто тёмная энергия слабеет, но на самом деле этот эффект создаётся сложным танцем расширяющихся пустот и сжимающейся материи. Энергия может быть постоянной, а меняется лишь структура самого пространства.

Вместо того чтобы изобретать новые сущности, команда доктора Джани предложила просто более честно посмотреть на то, что мы и так видим. Вселенная не гладкая, она сложная, и эта сложность напрямую отражается в наших данных. Их работа — это мощное напоминание о том, что иногда самые глубокие открытия лежат не в поиске чего-то нового, а в более точном описании уже известного. Возможно, чтобы понять Вселенную, нам нужно просто перестать её «выпрямлять».