Физики утверждают, что Вселенная — это не пустое пространство, а вязкая жидкость

Фото из открытых источников

Новая физическая модель пытается объяснить загадочные измерения скорости удаления галактик от нас, предполагая, что пустое пространство ведет себя как жидкость со встроенным сопротивлением.

Согласно этой точке зрения, сила, движущая расширением Вселенной, не останется постоянной во времени, а может усилиться, ослабеть или кратковременно выйти за пределы допустимого диапазона, изменив наше понимание темной энергии.

Новые измерения расстояний, полученные с помощью спектроскопического прибора для измерения темной энергии (DESI), выявили небольшое расхождение в результатах, которые в остальном хорошо соответствуют космической истории.

Направляя свои усилия на решение этой проблемы, Мухаммад Гулам Хуваджа Хан из Индийского технологического института в Джодпуре (IIT Jodhpur) разработал модель, учитывающую сопротивление воздуха.

В новой препринтной статье, размещенной на arXiv, Хан из IIT рассматривает расширяющееся пространство как нечто, сопротивляющееся растяжению, а затем ослабевающее.

Если напряжение сохраняется, следующим шагом будет объяснение того, какое физическое сопротивление может оказывать пустое пространство.

Сопротивление в пустом пространстве будет препятствовать расширению, делая Вселенную несколько «более вязкой», чем идеальный вакуум.

Физики называют это объемной вязкостью, сопротивлением изменению объема при расширении, и она проявляется в виде дополнительного давления.

Объемная вязкость оказывает противодействие только при изменении размера пространства, поэтому более быстрое расширение создает большее давление, чем более медленное.

Поэтому вязкость кажется заманчивым аргументом в пользу использования её в качестве основы для анализа космических данных, но называть космос «липкой жидкостью» всё же требует реального обоснования.

Большинство космологических моделей объясняют ускорение Вселенной добавлением гладкого компонента, который ведет себя одинаково повсюду.

Космологи называют это темной энергией — неизвестным источником давления, который ускоряет расширение космоса, даже когда материя притягивается внутрь.

На протяжении десятилетий во многих анализах предполагалось, что это стремление остается неизменным с течением времени, поэтому его можно описать одним числом.

Эта постоянная величина — космологическая постоянная, фиксированная энергия в пустом пространстве, и натяжение оказывает на неё давление.

Чтобы создать это «включающее» давление, Хан наделил пространство внутренним механизмом, позволяющим ему колебаться при расширении. В материаловедении фононы, коллективные колебания, распространяющиеся в твердом теле, переносят энергию, не перенося материю.

Хан распространил эту идею на вакуум, описав продольные волны, которые распространяются в пространстве и создают сопротивление.

Поскольку эти волны реагируют на расширение, модель связывает мелкомасштабное движение внутри пространства с крупномасштабной скоростью галактик.

В мире Хана сопротивление воздуха не сохранялось в полную силу вечно, и его уравнения делали его временным явлением.

Вместо этого давление отставало от расширения из-за встроенной задержки, поэтому сопротивление достигало пика в определенные периоды.

На начальном этапе и в далеком будущем модель вернулась к почти постоянному поведению, оставив лишь небольшой рост в середине периода.

Подобный эффект, ограниченный временным окном, может имитировать изменение ускорения, но он также облегчает опровержение этой идеи.

Наиболее убедительные данные, полученные с помощью DESI, получены благодаря повторяющемуся паттерну разделения галактик, который служит стандартной шкалой расстояний для космических карт.

Космологи называют этот сигнал барионными акустическими колебаниями — остаточным явлением звуковых волн ранней Вселенной, и DESI измерил его во времени.

В IIT команда доработала его уравнения гидродинамики до тех пор, пока масштаб не оказался таким, каким его видела DESI, охватывая несколько эпох.

Поскольку модель основывалась на наблюдениях, а не на данных физики элементарных частиц, ее эффективность будет зависеть от будущих исследований.

Другие измерения параметров неба отслеживают расширение различными способами, и вязкая Вселенная должна была бы соответствовать и им.

Как маркеры расстояний до сверхновых, так и рост скоплений галактик реагируют на скорость расширения, поэтому эффект торможения влияет на оба явления.

Искривление света под действием гравитационного линзирования, деформация изображений под воздействием массы также зависят от того, как структура развивается под действием силы сопротивления.

Если хотя бы одна из этих проверок не пройдёт, вязкость останется лишь хитроумной аппроксимацией кривой, а не свойством пространства.

Здесь следует проявлять осторожность, поскольку Хан опубликовал свою работу до рецензирования, и идея может не пройти элементарные проверки.

В обычных жидкостях вязкость обусловлена обменом импульсом между частицами, поэтому для создания вакуума необходим достоверный источник.

В недавней статье было показано, как модели объемной вязкости могут сталкиваться с внутренними противоречиями при слишком жесткой настройке.

До тех пор, пока не будет найдено физическое объяснение этому явлению и другие наборы данных не подтвердят это, модель остаётся лишь интересным временным решением.

Да. Вы можете сосредоточиться на самом тесте, а не на приборах. Вот более лаконичный вариант, который позволяет избежать упоминания нескольких телескопов:

Дальнейшее наблюдение покажет, сохранится ли напряжение, и следующее десятилетие даст наиболее ясный вердикт.

Продолжающиеся исследования галактик будут измерять скорость расширения пространства на разных этапах космической истории. Будущие карты миллиардов галактик покажут, действительно ли расширение изменяется так, как предсказывает модель вязкости.

Если результаты этих независимых измерений совпадут, аргументы в пользу теории космического сопротивления укрепятся, но если они будут противоречить друг другу, эта идея, скорее всего, отпадет.

Модель Хана превращает абстрактное несоответствие в четкое утверждение о том, что пустое пространство оказывает сопротивление при расширении.

Если предстоящие обзоры галактик подтвердят ту же самую закономерность влияния темной энергии, космологи смогут заменить фиксированную картину темной энергии на изменяющуюся во времени, хотя только после тщательной проверки.