Составное изображение, показывающее распределение темной материи, галактик и горячего газа в ядре сливающегося скопления галактик. Фото предоставлено: НАСА Годдард
Изменяются ли естественные константы – числа, определяющие поведение вещей, например, скорость света, – с течением времени по мере расширения Вселенной? Свет немного устает при путешествии на огромные космические расстояния? Считалось, что темная материя и темная энергия объясняют эти космологические явления, но недавние исследования показывают, что наша Вселенная расширяется без темной материи или темной энергии.
Устранение темной материи и темной энергии решает «невозможную проблему ранних галактик», которая возникает при попытке объяснить галактики, которые не соответствуют ожиданиям с точки зрения размера и возраста. Можно найти альтернативу темной материи и энергии, которая согласуется с существующими космологическими наблюдениями, включая распределение галактик.
Темная материя
Темная материя — это гипотетическая форма материи, которая не взаимодействует с обычной материей никаким образом, кроме гравитации. Это было предложено как теоретический способ объяснения наших астрофизических и космологических наблюдений. Обычная материя может проходить сквозь темную материю без сопротивления и наоборот.
В космосе сила гравитации определяет скорость вращения объекта. Более высокая скорость, чем ожидалось, у окружающих орбитальных объектов объясняется существованием и гравитационной силой темной материи.
Гравитационная сила темной материи также может искривлять световые лучи, вызывая эффект гравитационного линзирования, подобный эффекту обычной материи. Это позволяет измерять темную материю в объекте, вызывающем дифракцию, например, в галактиках и скоплениях галактик.
Самым убедительным доказательством существования темной материи являются крошечные флуктуации космического микроволнового фонового излучения (остаточное излучение от Большого взрыва), которые измеряются с возрастающей точностью.
Еще одним аргументом в пользу существования темной материи является то, что крупномасштабные структуры Вселенной, такие как галактики, не могли сформироваться без темной материи в течение ограниченного возраста Вселенной.
Скопление галактик Персей — одна из крупнейших сверхструктур во Вселенной. Фото предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА/Стивен Уокер
Альтернативные теории
Существуют альтернативы темной материи, которые объясняют многие астрофизические наблюдения. Самая старая и самая популярная теория — это модифицированная ньютоновская динамика (MoND), которая утверждает, что закон обратных квадратов гравитационной силы представляет собой упрощенную версию полной силы, которая становится заметной только на очень больших расстояниях, когда сила Ньютона становится незначительной.
Другой альтернативой является версия MoND, которая включает релятивистские эффекты Эйнштейна и объясняет наблюдения, в которых MoND ограничена, например, космическое микроволновое фоновое излучение. Еще есть предложенная теория замедленной гравитации, которая также утверждает, что согласуется с такими наблюдениями.
Астрономы с удивлением узнают, что многие наблюдения показывают полное отсутствие темной материи или структур без темной материи. Это вызывает сомнения в их существовании.
Затем необходимо найти объяснение тому, что могло вызвать проблему, например, приливные силы, создаваемые близлежащими пролетающими галактиками, уносящими темную материю. Недавно было установлено, что даже масса Млечного Пути намного меньше, чем ожидала космология.
Существует ли темная материя?
Недавние открытия ставят под сомнение существование темной материи. Несмотря на обширные исследования и инвестиции, исчисляемые миллиардами долларов, напрямую обнаружить темную материю пока не удалось.
Теория темной энергии сводит на нет гравитационное притяжение материи, заставляя Вселенную со временем расширяться быстрее, как это наблюдалось. Взаимосвязанные вариации естественных констант, называемые коварирующими константами связи (CCC), достигают того же эффекта, ослабляя силу гравитации и другие природные силы с течением времени, тем самым устраняя необходимость в темной энергии.
В сочетании с эффектом Тедли Лайта (TL), который предполагает, что свет замедляется в результате потери энергии, в такой космологической модели нет места темной материи. Подход CCC также может заменить константу, подобную темной энергии, которая, как считается, ответственна за чрезвычайно быстрое расширение Вселенной после Большого взрыва, называемое инфляцией.
Возраст Вселенной определяется на основе исторической скорости расширения Вселенной и может варьироваться в зависимости от модели, используемой для расширения. Измеряя красное смещение взрывающихся звезд, так называемых сверхновых типа 1а, и их наблюдаемую яркость, можно определить скорость расширения.
Красное смещение — это уменьшение частот спектральных линий в зависимости от скорости убегания излучающего объекта, подобное частоте удаляющейся сирены скорой помощи. Позволяя красному смещению сосуществовать с красным смещением расширения из-за эффекта усталого света, скорость расширения Вселенной снижается, а ее возраст увеличивается.
Эта новая модель предсказывает, что Вселенная старше, чем мы думаем – 26,7 миллиардов лет в космологии CCC по сравнению с 13,8 миллиарда лет в стандартной космологии – и допускает формирование галактик и их скоплений без темной материи. Увеличение возраста Вселенной в ранние времена, когда начали формироваться структуры, в новой модели было в 100 раз больше.
Отсутствие темной материи, которая уменьшает гравитационную силу и увеличивает время, необходимое материи для коллапса с образованием структур, намного компенсируется увеличением возраста в модели CCC.
Замедлить время
Расширение Вселенной приводит к замедлению времени при наблюдении далеких галактик. Модель CCC+TL согласуется с наблюдениями, показывающими эффект замедления времени, который, по-видимому, замедляет ход часов в удаленных объектах.
Новая критика модели CCC+TL опирается на ошибочные гипотезы, такие как недостатки концепции усталого света, или на неправильный анализ, включая анализ красного смещения фоновых температур космического микроволнового излучения. Единственный свободный параметр в космологии CCC определяет изменение всех констант, которые асимптотически приближаются к своим соответствующим постоянным значениям. Как и в стандартной космологии, космология CCC имеет только два свободных параметра. Добавление усталого света в CCC не требует каких-либо дополнительных свободных параметров.
Стандартная модель космологии требует, чтобы темная материя объясняла такие наблюдения, как красное смещение при измерении яркости сверхновых. Темная материя также используется для объяснения физических процессов, таких как кривые вращения галактик, скопления галактик или гравитационное линзирование. Использование космологии CCC+TL означает, что мы должны серьезно рассмотреть альтернативные физические процессы для объяснения астрофизических наблюдений, ранее приписывавшихся темной материи.
Информация от: Разговором
