Математика космоса. Как современная наука расшифровывает Вселенную

Теперь на поверхность выплывает тонкий математический момент, на который до последнего времени, похоже, не обращали внимания: а совпадает ли точное решение сглаженной модели со сглаженным решением точной модели? Первое соответствует существующей теории, последнее — тому, как мы сравниваем наше решение с результатами наблюдений. Неявно предполагается, что два этих математических подхода дают примерно одинаковый результат — вариант модельного допущения, обычного для математической физики и прикладной математики, что малыми слагаемыми в уравнениях можно пренебрегать, и это не сильно скажется на решениях.

Это допущение часто оказывается верным — но верно оно не всегда, и есть указания на то, что в данном случае оно может привести к некорректным результатам. Томас Бухерт показал, что, когда уравнения Эйнштейна для неоднородной мелкомасштабной структуры усредняются для получения гладкого крупномасштабного уравнения, результат получается не тот, как если взять уравнения Эйнштейна для гладкой крупномасштабной модели. В этом уравнении имеется дополнительное слагаемое, отталкивающая «обратная реакция», порождающая эффект, сходный с действием темной энергии.

Наблюдения за далекими космологическими источниками тоже могут оказаться неверно интерпретированными, поскольку гравитационные линзы способны фокусировать свет, и тогда он кажется ярче, чем есть на самом деле. Средний эффект от такого фокусирования по всем отдаленным объектам одинаков для детальных моделей, неоднородных в малых масштабах, и их крупномасштабных усреднений, что на первый взгляд внушает надежду. Однако для отдельных объектов это неверно, а наблюдаем мы именно их. Здесь корректная математическая процедура заключалась бы в усреднении по световым траекториям, а не по обычному пространству. Если этого не сделать, то оценка наблюдаемой яркости объектов может измениться, но насколько именно, сильно зависит от распределения вещества. А его мы не знаем с точностью, достаточной, чтобы с уверенностью судить о том, к чему это приведет. Представляется, таким образом, что свидетельства в пользу того, что расширение Вселенной ускоряется, могут оказаться ненадежными по двум различным, но связанным причинам: обычные допущения о сглаживании могут дать некорректный результат как в отношении теории, так и в отношении наблюдений.

Еще один способ объяснить наблюдения High-z без привлечения темной энергии состоит в том, чтобы поиграть с Эйнштейновыми уравнениями поля. В 2009 году Джоэл Смоллер и Блейк Темпл использовали математику ударных волн, чтобы показать, что слегка модифицированный вариант уравнений поля имеет решение, в котором метрика расширяется со все возрастающей скоростью. Это объяснило бы наблюдаемое ускорение разбегания галактик без привлечения темной энергии.

В 2011 году в специальном выпуске журнала Королевского общества, посвященном общей теории относительности, Роберт Колдуэлл писал: «Пока представляется совершенно разумным, что эти наблюдения [High-z] могут быть объяснены новыми законами гравитации». Рут Дюррер охарактеризовала свидетельства в пользу темной энергии как слабые: «Наше единственное указание на существование темной энергии исходит от измерения расстояний и их связи с красным смещением». По ее мнению, остальные свидетельства устанавливают лишь тот факт, что расстояние, оцененное по красному смещению, оказывается больше, чем ожидалось исходя из стандартной космологической модели. Наблюдаемый эффект в принципе может означать вовсе не ускорение, и, даже если это все же ускорение, нет никаких убедительных оснований считать его причиной темную энергию.

* * *

Хотя мейнстримная космология по-прежнему сосредоточена на стандартной модели — Большой взрыв, описываемый метрикой ΛCDM, плюс инфляция, скрытая масса и темная энергия, — ропот несогласных постепенно становится все более заметным. На конференции по альтернативам стандартной модели в 2005 году Эрик Лернер заявил: «Предсказания Большого взрыва стабильно не оправдываются, каждый раз ситуацию приходится исправлять задним числом». Риккардо Скарпа сказал примерно то же самое: «Всякий раз, когда базовая модель с Большим взрывом не в состоянии предсказать то, что мы наблюдаем, к ней просто прикручивают что-нибудь новое». Годом раньше оба эти исследователя были среди подписантов открытого письма, предупреждавшего, что исследования альтернативных космологических теорий не финансируются, а научная дискуссия на эту тему попросту подавляется.