Может ли геометрия пространства объяснить расширение Вселенной без темной энергии?

Одной из самых глубоких загадок современной космологии является ускоряющееся расширение Вселенной. Еще в конце XX века астрономы, изучая свет далеких сверхновых, с изумлением обнаружили, что космос не просто продолжает расширяться после Большого взрыва — он делает это все быстрее и быстрее. Это открытие, удостоенное Нобелевской премии, поставило физиков перед серьезной дилеммой: согласно общей теории относительности Эйнштейна, гравитация должна замедлять расширение, а не ускорять его.

Чтобы примирить наблюдения с теорией, ученым пришлось ввести в уравнения загадочную субстанцию под названием «темная энергия» — нечто, что составляет около 70% всей энергии во Вселенной, но при этом остается совершенно невидимым и неуловимым для прямых экспериментов. Однако не все исследователи готовы смириться с таким «лекарством от всех болезней» космологии. Недавно международная группа ученых из Центра прикладных космических технологий и микрогравитации (ZARM) при Бременском университете и Трансильванского университета в Брашове предложила радикально иной взгляд на проблему — без привлечения темной энергии.

Их подход основан на переосмыслении самой геометрической основы общей теории относительности. Традиционно эволюция Вселенной описывается с помощью уравнений Фридмана, выведенных из эйнштейновской теории гравитации. Эти уравнения прекрасно работают на больших масштабах, но для объяснения ускоренного расширения в них приходится искусственно добавлять значение, соответствующее темной энергии — обычно в виде космологической постоянной. Такое решение, хотя и позволяет согласовать теорию с наблюдениями, многими воспринимается как временное и неудовлетворительное, поскольку не объясняет природу самого явления, а лишь маскирует пробел в понимании.

В поисках более фундаментального объяснения исследователи обратились к финслеровой геометрии — обобщению римановой геометрии, лежащей в основе общей теории относительности. В отличие от римановой геометрии, где расстояние между точками определяется квадратичной формой (метрикой), зависящей только от положения в пространстве-времени, финслерова геометрия допускает метрику, зависящую также и от направления движения. Это делает ее значительно более гибкой и способной описывать сложные анизотропные и неоднородные структуры, которые могут возникать даже на космологических масштабах. В рамках такой геометрии гравитационное взаимодействие моделируется более тонко, особенно в условиях, где обычные приближения общей теории относительности могут оказаться недостаточными.

Применив новый подход к космологическим уравнениям, ученые получили обобщенные уравнения Фридмана — так называемые уравнения Финслера–Фридмана. И здесь последовало неожиданное открытие: даже в полностью пустой Вселенной, то есть без материи, излучения и, что особенно важно, без темной энергии, эти уравнения предсказывают ускоренное расширение. Это означает, что само геометрическое устройство пространства-времени, описанное в рамках финслеровой гравитации, может быть достаточным для объяснения наблюдаемого ускорения — без необходимости вводить новые, пока не обнаруженные физические поля или частицы.

Кристиан Пфайфер, один из авторов исследования и физик из ZARM, подчеркивает, что эта работа открывает новые горизонты в теоретической космологии. По его словам, новая геометрия не просто заменяет одну модель другой, а предлагает принципиально иной взгляд на структуру пространства-времени и законы, управляющие Вселенной в целом. Если подобный подход окажется жизнеспособным в более широком контексте — например, при объяснении крупномасштабной структуры Вселенной или реликтового излучения — это может привести к пересмотру фундаментальных основ современной физики.

Конечно, финслерова гравитация пока остается теоретической конструкцией, требующей дальнейшей проверки как математически, так и наблюдательно. Тем не менее, сам факт, что ускоренное расширение может возникать естественным образом из модифицированной геометрии пространства-времени, делает эту гипотезу чрезвычайно привлекательной.

Она предлагает путь к объяснению одного из самых загадочных явлений не за счет введения новых, неизвестных компонентов, а за счет углубления нашего понимания уже известных законов природы. В этом смысле работа исследователей из Бремена и Брашова может стать важным шагом к более полной и элегантной теории Вселенной — той, в которой нет места «темной энергии» как искусственному элементу, а есть лишь чистая геометрия и ее скрытые возможности.