Uklanjanje tamne energije iz jednačine: Matematičari osporavaju standardni kosmološki model univerzuma

Matematičari sa Kalifornijskog univerziteta u Dejvisu osporavaju ideju da je tamna energija odgovorna za ubrzano širenje univerzuma. Oni iznose matematički dokaz da nestabilnosti inherentne Ajnštajn-Ojlerovim jednačinama impliciraju da trenutni model širenja univerzuma nije prikladan.

Ajnštajn-Ojlerove jednačine predstavljaju spoj opšte relativnosti i dinamike fluida za modeliranje astronomskih fenomena kao što su galaksije, crne rupe i kosmička ekspanzija.

Preporučujemo

Ovo istraživanje direktno osporava model Lambda hladna tamna materija, tj. standardni kosmološki model Velikog praska. Taj model je upoređen sa olovkom koja stoji na svom vrhu, sve sile su u ravnoteži, ali je to nestabilno – najmanji dašak vetra i dolazi do pada.

Matematika dokazuje da su Fridmanova prostor-vremena, matematički modeli koji upravljaju kosmičkim širenjem, nestabilna i na malim i na velikim skalama dužine, što ih čini najnestabilnijim rešenjem.

„Nestabilna rešenja u fizici i nauci smatraju se nefizičkim. Nikad ih nećete videti u prirodi“, kažu matematičari.

Ova nestabilnost ukazuje na jednostavnije objašnjenje — bazirano potpuno u okviru Ajnštajnove originalne teorije. Nestabilnost svih Fridmanovih prostor-vremena u odnosu na ubrzano širenje sugeriše jednostavnije, prirodnije objašnjenje ubrzanja univerzuma nego što je tamna energija.

Objašnjenje ubrzanog širenja univerzuma

Pre skoro 30 godina, tamna energija je predložena kao sila odgovorna za ubrzano širenje univerzuma. Ova ideja seže unazad do Ajnštajnovih originalnih jednačina opšte relativnosti iz 1915. godine koje opisuju gravitaciju. Da bi dobio statičan univerzum, Ajnštajn je prvobitno uveo antigravitacioni faktor u svoju teoriju - kosmološku konstantu.

Nakon što je Edvin Habl 1929. godine otkrio da se univerzum širi, Ajnštajn je kosmološku konstantu nazvao svojom „najvećom greškom“ jer bi bez nje mogao predvideti širenje.

Međutim, kosmološka konstanta, i ideja da je zamenjiva sa tamnom energijom, ponovo je uvedena 1990-ih godina da bi se objasnilo ubrzano širenje univerzuma. Standardni kosmološki modeli zasnovani su na takozvanom „Fridmanovom univerzumu“, koji opisuje da se sva materija širi, ali da je ravnomerno raspoređena u prostoru u svakom fiksiranom vremenu.

Međutim, ta matematika nije bila uverljiva, što je navelo matematičare da traže alternativna objašnjenja za ubrzano širenje univerzuma.

„Naša prva ideja je bila da se univerzum možda širi zato što postoji neki udarni talas, a da anomalno ubrzanje predstavlja šireći talas iza tog udarnog talasa“, kažu matematičari. „Zatim smo shvatili da postoji familija samosličnih rešenja tokom epohe zračenja Velikog praska, što bi moglo modelirati taj šireći talas“.

„Samoslične“ jednačine opisuju fizičke fenomene koji zadržavaju obrazac ili strukturu bez obzira na razmere. U novom radu matematičari koriste samosličnu verziju Ajnštajnovih jednačina da bi predstavili standardni model kosmologije kao tačku ravnoteže jednačina. To daje okvir za potpunu matematičku karakterizaciju stabilnosti standardnog modela i, generalnije, stabilnosti svih Fridmanovih prostor-vremena tokom epohe dominacije materije nakon Velikog praska.

„Dokazujemo da su, poput Ajnštajnovog statičkog modela, sva Fridmanova prostor-vremena nestabilna u odnosu na radijalnu perturbaciju na velikim skalama dužine“, kažu matematičari. "Izgleda da ovo isključuje model Lambda hladna tamna materija kao održivo stabilno rešenje Ajnštajnovih jednačina opšte relativnosti, sa tamnom energijom ili bez nje“.

„To znači da bi Veliki prasak trebalo generički da izgleda tačno kao Fridmanovo prostor-vreme blizu centra simetrije, ali bi se generički morala osmotriti ubrzanja u odnosu na Fridmana daleko od centra“.

Preispitivanje Kopernikovog principa?

Matematičari su otkrili da je ubrzano širenje univerzuma direktna posledica Ajnštajn-Ojlerovih jednačina bez uključivanja kosmološke konstante ili tamne energije.

Ova matematika takođe dovodi u pitanje Kopernikov princip — ideju da lokacija Zemlje ne zauzima specijalno mesto u univerzumu.

„I model Lambda hladna tamna materija i sferično simetrično prostor-vreme proizvode specijalno mesto gde se moramo nalaziti da bi model bio fizički prihvatljiv“, kažu matematičari. „Ako ovaj princip isključuje jedno, mora isključiti i drugo“.

(Telegraf Nauka/Phys.org)