Чи абсолютна теорія відносності – аналітичний портал
"З'явилася теорія, яка краще описує світ, ніж це робить рівняння Ейнштейна", - каже доктор фізико-математичних наук, професор Каталонського інституту перспективних досліджень Сергій Дмитрович Одинцов. Він вважає, що з урахуванням недавніх відкриттів альтернативна гравітаційна теорія F (R) поки що більш заможна. Індикатором проблем із Загальною теорією відносності стали темна енергія і темна матерія, які роблять основний внесок у масу Всесвіту. Темна енергія становить понад 70%, а темна матерія – близько 23-24%. Зазвичай, добре нам відома речовина - менше 5%. До виявлення темної енергії та темної матерії здавалося, що Загальна теорія відносності – це єдина життєздатна теорія, проте випади проти неї закінчувалися фіаско нападників. Показником нового статусу сумнівів стало визнання 2011 року Нобелівським комітетом відкриття темної енергії.
«Для того, щоб у рамках Загальної теорії відносності отримати темну енергію, ми повинні додати до стану всесвіту космічну рідину з дуже дивними, зовсім незрозумілими властивостями»,
- Розповідає Одинцов. Космічна рідина, вона ж космологічна стала, - це додатковий складник у рівнянні Загальної теорії відносності, яке ввів Ейнштейн як свого роду антигравітаційну поправку. Інакше внаслідок дії гравітаційних сил Всесвіт очікував би неминучий колапс. Після відкриття закону Хаббла (закон розширення Всесвіту) Ейнштейн прибрав космологічну постійну з рівняння, пояснивши це тим, що вона більше не потрібна. Тепер знову виникла потреба в ній - або в іншій теорії, в якій ці ефекти будуть враховані спочатку.
Темна енергія та темна матерія
Незважаючи нанаявність у цих явищ у назві слова «темна» - це дві абсолютно різні сутності. "Це тільки терміни, які позначають те, що ми відкрили, і що чисто теоретично ми знаємо, але чого ми не бачимо", - пояснює Одинцов. «Темна енергія – це якась есенція, космічна рідина, зміна гравітаційного поля, що визначає поведінку Всесвіту загалом. Зараз Всесвіт розширюється з прискоренням, і саме за це прискорення відповідає темна енергія. Темна енергія незрозуміло чому не взаємодіє зі звичайною речовиною, тобто з нами, із Сонячною системою, і це дуже дивно. У всіх теоріях, які маємо, є взаємодія. Темна матерія, у свою чергу, – це трохи інша речовина чи новий аспект гравітаційного поля. Вона взаємодіє зі звичайною матерією, хай і дуже слабко. Темна матерія не визначає еволюції всесвіту в цілому, хоч і дає досить істотний внесок. Наприклад, відповідає за спіральне обертання Галактік. Можливо, ви бачили, що собою представляють Галактики – це спіральні структури, які безперервно обертаються. Вважається, що обертання Галактик обумовлено саме темною матерією. І це, до речі, основа для того, щоб шукати цю темну матерію». До ідеї темної енергії йшли поступово. Велика група вчених спочатку досліджувала, як поводяться наднові зірки типу, як вони віддаляються від нас. Вони вивчали діаграму світності/відстань – застосовували формули, які описують, об'єкт якої світності на якій відстані знаходиться. Було створено класифікацію таких наднових. З цієї вибірки можна було вирахувати, наскільки швидко ці об'єкти видаляються. З'ясувалося, що відбувається все швидше і швидше (до цього вважали, що йде зворотний процес). Такі спостереження і стали наріжним каменем для того, щобприпустити існування чорної енергії, оскільки причиною прискореного видалення об'єктів могла бути лише певна енергія, речовина, чи космологічна стала. Якщо ми дізнаємося, що являють собою темна енергія і темна матерія, то зробимо ще один крок до відповіді на питання, що таке гравітація. Але й до того можна уявити цікаві перспективи. Наприклад, досі невідомо, що собою являє електромагнітне поле. Ми розуміємо, що воно описується певними рівняннями, але чому це відбувається і чому воно поводиться таким чином, ніхто не знає. Але ми його використовуємо.
Можна припустити, що і гравітаційне поле у майбутньому можна буде якимось чином використати.
"Це, звичайно, виглядає фантастикою, але, тим не менш, хто знає", - зауважує Одинцов.
Яка теорія краща
Альтернативна гравітаційна теорія F (R) – зараз основний конкурент ОТО, каже Одинцов. «Ще у 2003 році ми з моїми колегами запропонували модель, яка є послідовною в тому сенсі, що вона не гірша за Загальну теорію відносності відповідає даним, які ми бачили всередині Сонячної системи. З того часу наш підхід продовжує розвиватися. Створювалися різні наглядові групи, які намагалися витягти різні наглядові передбачення. Скажімо, у нас є якийсь комплекс фактів, наприклад, Галактики поводяться певним чином. Припустимо, що ми намагаємося це явище описати теоретично. Тоді ми починаємо дивитися, яка з теорій цей набір фактів передбачає. Наглядові наслідки модифікованої теорії гравітації роблять це не гірше за ОТО. Вони зараз є конкурентами, і більше того, модифікована теорія гравітації може дуже добре описати темну енергію і навіть темну матерію без необхідностівводити якусь додаткову компоненту рівняння стану Всесвіту». «У модифікованій теорії гравітації на даний момент ми не бачимо жодних проблем, – продовжує Одинцов. – Справа в тому, що Загальна теорія відносності – це задана теорія. Як кажуть фізики, вона має дію, і ми працюємо в рамках цієї дії. В альтернативній теорії гравітації ми маємо свободу. Це означає, що якщо наша модель стане чимось поганою, ми можемо її підправити, трохи змінити дію так, щоб не погіршити ті характеристики, які ми вже знаємо, але поліпшити ті характеристики, які стають проблематичними. Саме так ця модель розвивалася протягом останніх 10 років. Коли я був студентом університету, мене вчили, що єдина життєздатна теорія – це Загальна теорія відносності. Іншої теорії не було – просто тому, що це єдина теорія, яка задовольняє гравітаційним числам Сонячної системи.
А зараз я можу запропонувати сотні і тисячі теорій, які нічим не гірші за ОТО і так само чудово описують Сонячну систему.
Ну, природно, якщо я можу запропонувати тисячі теорій, з них я виберу сотні теорій, які є дуже хорошими за іншими параметрами. Число прихильників альтернативної теорії гравітації зростає. Було безліч спроб її спростувати: виходили статті з назвами на кшталт "F(R)-теорія не життєздатна", а через 2 місяці я чи хтось інший вже писали статтю, що доводить, що твердження ці абсолютно невірні, і що наша теорія залишається повністю життєздатною».
Непостійна постійна
Цілком не зрозуміло, чому константа, яка за визначенням має бути постійною, раптом почала змінюватися в процесі еволюції Всесвіту.
« Яка з моделей переможе, ми дізнаємося, дай Боже, років через 10. І то – не факт.Для цього потрібно придумати тест, якийсь спостережний наслідок, який має лише одна теорія з усіх. Але це дуже важко», - зазначає Одинцов.
Матеріал підготувалаКатерина Синельщикова.
Post Scriptum
Справжня публікація викликала подив у ряду фізиків, вага та кваліфікація яких не викликає у нас жодного сумніву. Ми публікуємо коротку репліку щодо справжнього тексту доктора фіз.-мат.наук, зав. сектором Петербурзького інституту ядерної фізики РАНДмитрія Дьяконова.
1. Сергій Одинцов кілька років займається певним узагальненням стандартного варіанта загальної теорії відносності (ОТО), так званої "f(R)-гравітацією", де R - кривизна нашого простору-часу, f - якась функція. У стандартній варіанті теорії Ейнштейна – Гільберта (1915) береться, безпідставно, лінійна функція, тобто. f (R) = R, але можна поставити й таке, зокрема, питання: а що якщо насправді природою управляє якась складніша функція від кривизни?
Та вона взагалі не конкурент - це все та ж ОТО, англійською General Relativity. « f ( R )-гравітація» - це все одно як і раніше ОТО, проста одна з її гілок. Якщо вона і конкурент чомусь, то так званої «стандартної космологічної моделі». Звучить негаразд дзвінко як загальна теорія відносності, але що робити. Не можна ж тільки заради дзвінкішого звучання вводити читача в оману.
3. Щодо простої речі – «космологічного члена» – написано щось дивне. Ну, добре, з чиєїсь легкої руки (дуже легкої!) відповідні явища в космології стали називати «темною енергією». Термін, що нічого не пояснює, став у популярній літературі вже звичним – гаразд. Але навіщо це ж ще називати «космічною рідиною з дуже дивними,абсолютно незрозумілими властивостями»?! По-перше, властивості зрозумілі, а по-друге, про жодну рідину тут мови бути не може.
Будь-який учений, популяризуючи свою роботу, стикається з труднощами: як описати те, що досить зрозуміло і в той же час не погрішити проти правди. Великого Нільса Бора якось спитали: що додатково поняття «Істина»? Подумавши, Бор відповів: Ясність.
У цій статті Сергій Одинцов зробив такий крен у бік «ясності», що істина майже не простежується. Та й ясності, зізнатися, небагато.