Между струнными теоретиками разгорелся спор: что, если темная энергия не постоянна?

25 Октября 2018, Илья Хель 19

Гарвардский физик Кумран Вафа — один из сильнейших сторонников теории струн. Но этим летом другие теоретики струн набросились на его последнее предложение, которое может дискредитировать их идеи, основанные на десятилетнем предположении, что темная энергия постоянна (константа). Работа Вафы подразумевает, что значение темной энергии меняется. Непостоянная темная энергия — это следствие попытки Вафы и его сотрудников применить теорию струн к Вселенной, подобной нашей, где сам вакуум пространства имеет некоторую присущую ему энергию.

Если его гипотеза (и сама теория струн) истинна, темная энергия, эта загадочная субстанция, на которую приходится больше 70% общей массы и энергии Вселенной и которая ускоряет ее расширение, будет силой изменений. Но постоянная темная энергия долгое время служила основой для многих идей теории струн — поэтому парадоксально, что именно непостоянная темная энергия может привести к успеху теории.

Темная энергия и теория струн

«Впервые мы могли бы извлечь что-то из теории струн, что можно измерить», говорит ученый Тимм Врейс из Института теоретической физики Венского технологического университета в Австрии. «Но я не знаю, случится это на самом деле или нет».

Давайте начнем с самого начала: мы живем во Вселенной, которая, похоже, соблюдает правила. На самых больших масштабах большие объекты следуют правилам общей теории относительности, взаимодействуя между собой посредством силы гравитации. В мельчайших масштабах субатомные частицы следуют правилам квантовой механики и квантовой теории поля, взаимодействуя посредством силовых полей, которые проявляют себя как частицы-переносчики силы. Но математика не сходится, когда вы пытаетесь объяснить ОТО как огромное расширение квантовой теории поля. Более грандиозная теория — теория струн — пытается объединить ОТО с квантовой механикой, и в ней каждая частица представлена крошечной струной, вибрации которой в более многомерном пространстве кодируют свойства, которые наблюдают ученые.


Впрочем, теория — это не совсем точно. Это, скорее, всеобъемлющая математическая основа, фреймворк, из которого ученые могут извлекать теории о нашей Вселенной, а также об огромном количестве других разрешенных вселенных. Теоретики струн надеются, что наша Вселенная входит в число этих возможностей. Другие считают, что теория струн в корне неверная, но сейчас не об этом.

Теории струн должны объяснять вселенную вроде нашей во всех аспектах, чтобы их можно было считать правильными. Наша вселенная, судя по всему, состоит на 4% из материи (вещества, которое мы видим), на 25% из загадочной темной материи, а остальное, как показали наблюдения 1988 года, приходится на «темную энергию». Струнные теоретики работали, исходя из предположения, что сила темной энергии не меняется, и их теории эволюционировали. Но Вафа и его соавторы предположили в работе этим летом, что для того, чтобы существовать по правилам теории струн, наша Вселенная должна иметь поле темной энергии, значение которого уменьшается.

«Меняется темная энергия или нет — это важно», говорит Вафа.

Если значение темной энергии меняется, это будет важно для тех, теории которых опираются на предположение о том, что темная энергия постоянна. «Возможно, нам нужно вернуться к основа», говорит Врейс. Также это изменило бы представление об эволюции Вселенной — как в прошлом, так и в будущем.

Гипотеза Вафы изначально была довольно мощной и привела к «огромному волнению», говорит Врейс. Она выступила в качестве призыва к действию для теоретиков струн, которые посчитали, что фреймворк оказался под угрозой. Некоторые сразу сказали, что это чушь — физик из Стэнфорда Ева Сильверстайн рассказала Quanta, что допущение было основано на других допущениях, а анализ был «весьма сомнительный». Другие используют этот документ как возможность убедиться, что их теории действительно могут описывать Вселенную, подобную нашей.

Врейс и другие с критикой обратились к работе Вафы и его группы, и их мнения были опубликованы в Physical Review D. Работа Врейса установила, что некоторые предполагаемые свойства нашей собственной вселенной, в частности те, которые связывают с полем бозона Хиггса, противоречат по существу некоторым математическим допущениям. К примеру, изначальное допущение гласило, что поведение физического поля, управляющего темной энергией, извлекается из математической функции без максимумов и минимумов, линия на графике без пиков и впадин. Врейс обнаружил, что наличие силового поля, связанного с бозоном Хиггса, требует пика в этой функции.

Но работа Врейса не исключает идею Вафы — Вафа просто уточнил допущение, чтобы оно было лучше применимо к вселенной, в которой мы живем. Существуют и другие подобные работы, и Вафа согласен с уточнениями.

Что на самом деле интересно, так это то, что мы можем вскоре узнать, предлагает ли работа Вафы проверяемое в ходе эксперимента предсказание теории струн. Это было бы первое доказуемое следствие из теории струн. Некоторые эксперименты могли бы проверить, меняется ли темная энергия со временем или остается постоянной, и, возможно, сделают это в течение нескольких следующих лет.

Так что, на горизонте маячит сдвиг парадигмы? «Большинство ученых не станет говорить, что эта гипотеза верна или неверна», говорит Врейс. Сам Вафа считает, что он, конечно, может ошибаться, и это также говорит о важности теории струн. «Но если Вафа прав?», говорит Врейс. «Это было бы самым большим событием в теории струн — сделать измеримый прогноз».

Как думаете, измерим? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

19 комментариев Оставить свой

  1. choll

    Тут недавно выдвинули теорию, что тёмной энергии/вещества вообще нет, и вполне убедительно так)

    • Kvazar666

      choll, У Эйнштейна был наставник - отличный математик Герман Минковски его звали , если не ошибаюсь в 1906 году создал геометрическую 4-мерную модель интерпретацию пространства-времени на основе преобразований Лоренца, в которых используется только 2 оси временная "сt" и пространственная ось "x". Так вот исходя из метрики Минковского, 3-мерное пространство во вселенная без материи и энергии по УМОЛЧАНИЮ должна иметь отрицательную кривизну, что соответствует геометрии на гиперболической плоскости, которую еще называют геометрией Лобачевского и эта метрика потом вошла в основу космологической модели Фридмана-Леметра-Роберстона-Уокера, устанавливающей четкую зависимость между геометрией, динамикой расширения и плотностью массы/энергии в пространстве, вообщем все то о чем сейчас впаривают в каждом высшем учебном заведении по предмету Космология. Так вот, исходя из этих ДОГМ 20-ых годов прошого века и фактических наблюдений, которые говорят о том, что наблюдаемой плотности не достаточно, что бы объяснить наблюдаемую "плоскостность" пространства( и то если допустить, что все эти наблюдения верны), то выходов из этой дилемы только два:
      1)Допустить, что где-то на фундаментальной лестнице, начиная от преобразований Лоренца и до ОТО закралась концептуальная ошибка, которая испаганила ученым весь восторг, а они уже на канану начала нового тысячелетия были уверены, что все знают.
      2)Но был еще второй путь вытянуть из забвения космологическую постоянную Эйнштейна, наделить ее совсем инными фантастическими способностями и выставить в качестве обьяснения того, что они не понимают, самый тривиальны путь по которому и пошла современная наука. Но никто даже не подумал, что например те же преобразовния Лоренца на которых все держится писались чисто под узенькую цель для того, чтобы сделать инвариантынми уравнения Максвела при переходах между СО., хитрожопый Энштейн взял и словил на них конкретный хайп добавив все лишь пару своих комментариев в виде двух известных постулатов СТО, правда когда все это делалось никто даже не задумывался про то как это поведет себя на комологических масштабах и в этом я уверене и есть основная проблема.

    • Ilya81

      choll, Теории могут быть разными, ибо нет технологических возможностей точно проверить. Мы не можем посмотреть на расширение вселенной из другой точки - путь, проделанный "Вояджером" - ничто даже в сравнении с размерами галактики. Но эта идея экспериментальной проверки интересна в принципе, может, и впрямь более совершенная хоть сколько-то проверенная теория появится. К тому ж очень вероятно, что кроме гравитации на галактических и межгалактических расстояниях влияет что-то ещё - гравитационную постоянную всё никак измерить не могут, разные измерения дают разные результаты. Само собой напрашивается предположение, что при измерениях присутствуют "помехи". А вот какой их источник - в этом весь и вопрос.

  2. [email protected]

    Интересно что же тогда есть?)

  3. [email protected]

    Я конечно не спец, но мне вот интересно, если сделать допущение и сравнить Большой Взрыв и скажем взрыв атомной бомбы, то получается что при взрыве даже самой мощной бомбы все что поднимается с поверхности земли и разлетается на многие метры имея начальную скорость и ускорение рано или поздно падает на поверхность так как есть воздействие гравитации а энергию которую частицы пыли, камней, осколков получили при взрыве конечна. То что же тогда постоянно и с ускорением расталкивает галактики во вселенной ведь сам взрыв произошел довольно давно, значит можно им все же сделать вывод что или взрыв был такой силы что 13,7 млрд.лет это много только для нас а не для вселенной или при взрыве образовалась та самая темная энергия которая и является не постоянной а коллапсируется только возле больших объектах и придает им постоянное ускорение. Может она как раз таки и является изменяемой константой.????...

    • Kvazar666

      [email protected], Лучше сравнить большой взрыв со сферически симметричной вспышкой света, которая распространяется двумерным фронтом с одинаковой скоростью. Только в случае большого взрыва это 3-мерный фронт в 4-мерном пространстве этот фронт, то что мы называем пространство на самом деле является ложным вакуумом, а истинный и абсолютный вакуум это 4-временное измерение движение в котором 3-мерного ложного вакуума порождает эффект, который мы знаем как время.

    • Kvazar666

      [email protected], https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4e/Circle_radians.gif/220px-Circle_radians.gif
      Вот например предтавь, что радиус этой окружности это ось "сt", а окружность ось "x" и теперь нужно написать аналог преобразований Лоренца в этой системе координат.

    • incofcap

      [email protected], В словосочетании Большой Взрыв, слово взрыв - условность. Можно назвать более правильным словосочетанием - начало расширения, при чем согласно последним теориям, расширение началось не из какой то конкретной точки, а сразу везде, якобы вселенная была всегда бесконечная.

      • [email protected]

        incofcap, Интересно, а что если на секунду представить что человечество все же смогло реализовать уравнение Алькубьере и достигнуть скорости которая в 10 в 34 степени превышает скорость света? Что можно было бы увидеть, и что обнаружить.

        • [email protected]

          [email protected], Я понимаю что все скажут, что я сумасшедший или что это невозможно, но все же))))

        • Kvazar666

          [email protected], Легко, "пардокс" близнецов это и есть превышение скорости света в системе отсчета движущегося пасажира, правда современная физика стыдливо называет это релятевистким сокращением расстояний)

  4. [email protected]

    Ещё раз повторюсь, я всего лишь человек который любит космос.))

  5. botan

    Как может работать теория струн если каждая галактика под углом? Струна это как взрыв - придуман? А то что в каком-нибудь месте образуемая масса как бульон из частиц похожих на нашу как "млечный" не может образоваться? Бульон то от излучаемой звезды будет а звезды бывают разные от белых синих до красных...

  6. bukren

    По моему мнения темная энергия - это энергия которая выделяется при переходе от более тяжелых частиц темной материи к более легким. И соответственно "выделение" темной энергии во времени уменьшается. Происходит уменьшение величины ускорения разбегания галактик.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.