Учёные предложили необычную концепцию, согласно которой космическое пространство может обладать свойствами, аналогичными вязкой жидкости. Эта идея выдвигается для объяснения тонких расхождений между текущими наблюдениями за расширением Вселенной и предсказаниями стандартной космологической модели ΛCDM (Лямбда CDM). Гипотеза получила обсуждение в препринте на сервере ArXiv и кратко изложена в свежей статье в Techno-Science.net.
Расхождения в наблюдениях и ΛCDM
Модель ΛCDM на протяжении десятилетий служит основой современной космологии. Она сочетает вклад трёх основных компонентов:
- темная энергия (обозначаемая Λ), ответственная за ускоренное расширение Вселенной;
- холодная тёмная материя, формирующая структуру галактик и их ансамблей;
- обычная барионная материя — звёзды, газ и пыль, наблюдаемые телескопами.
Эта модель успешно объясняет широкий спектр наблюдений, включая космический микроволновый фон, крупномасштабную структуру и ускорение расширения Вселенной. Однако новые высокоточные данные карты галактик, полученные инструментом DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) в США, демонстрируют легкие, но устойчивые расхождения с предсказаниями ΛCDM в ряде эпох космической истории. Эти отличия не укладываются в статистические погрешности и могут сигнализировать о недостатках текущей теории.
Гипотеза: пространство обладает вязкостью
Чтобы объяснить наблюдаемое несоответствие, исследователь Мухаммад Гулам Хуваджах Хан предложил модель, в которой вакуум пространства — не идеальный фон без сопротивления, а обладает некой эффективной вязкостью, аналогичной вязкости жидкости. В гидродинамике вязкость характеризует сопротивление внутреннему течению, например, отличие воды от более вязкого мёда. Перенесённая на космологический масштаб, такая характеристика могла бы создавать малую внутреннюю «сопротивляющую силу», воздействующую на динамику расширения Вселенной.
Автор гипотезы вводит в математическое описание космоса понятие „объёмной вязкости“ (bulk viscosity), которая появляется как дополнительный параметр в уравнениях, описывающих пространственно-временное расширение (уравнения Фридмана, вытекающие из общей теории относительности Эйнштейна). За счёт этого дополнительного члена динамика расширения изменяется таким образом, что теоретическая кривая более точно согласуется с наблюдаемой динамикой, включая те случаи, где ΛCDM демонстрирует расхождения с данными.
Как работает идея вязкого космоса
В классической космологии пространство-время описывается как гладкое, бесструктурное «пустое» состояние, где вакуум не оказывает сопротивления расширению. В новой модели вакуум рассматривается как среда, обладающая внутренними свойствами, аналогичными физическим свойствам вязкой жидкости.
- Вязкость в физике определяется как способность среды сопротивляться деформации при приложении внешнего напряжения.
- В концепции «вязкого пространства» это сопротивление проявляется в незначительном, но накопительном влиянии на скорость и характер расширения Вселенной.
В рамках модели этот эффект учитывается посредством ввода дополнительного члена в уравнения космологического расширения — коэффициента объемной вязкости, который может снижать или замедлять темп расширения по сравнению с идеальной ΛCDM-постройкой. Таким образом можно объяснить отклонения, выявленные в данных DESI, без необходимости модифицировать природу тёмной энергии или вводить новые фундаментальные поля.
Физические интерпретации и механизмы
Автор гипотезы использует аналогии с физикой конденсированных сред, вводя понятие „космических фононов“ — идеализированных квантов коллективных колебаний структуры пространства-времени, напоминающих фоновые колебания в твёрдых телах. Такие моды (вибрации пространственного «фона») могут создавать эффективное внутреннее давление, оказывающее препятствие ускоренному расширению. Это давление, по мнению автора, приводит к небольшому «торможению» роста масштабного параметра Вселенной.
Анализ уравнений и согласование с данными
При включении вязкостного члена в стандартные космологические уравнения (уравнения Фридмана) моделирование показывает, что можно получить функцию расширения, которая лучше согласуется с наблюдаемыми скоростями удаления галактик и картами крупномасштабной структуры. Это согласование достигается без отказа от основных компонентов ΛCDM — тёмной энергии и тёмной материи, а лишь за счёт модификации поведения вакуума как космической среды с эффективными свойствами трения.
Контекст в научной литературе
Идея космоса как среды с некоторой эффективной вязкостью не является полностью новой в теоретической физике. В научных публикациях обсуждаются космологические модели с объемной вязкостью, которые могут влиять на раннюю и позднюю динамику Вселенной, включая фазы ускоренного расширения и влияние на космологическую инфляцию. Такие исследования включают рассмотрение вязкости в рамках решений уравнений Эйнштейна и исследование влияния на крупномасштабную эволюцию космоса.
Перспективы и критические замечания
Хотя модель с вязкой космической средой обеспечивает улучшенное согласование теории с наблюдениями, она остаётся гипотезой, требующей дальнейших проверок и детальной математической проработки. В частности:
- необходимо уточнить физическую природу и происхождение вязкости вакуума на фундаментальном уровне;
- важно провести независимые сравнения с данными из других наблюдательных проектов, таких как наблюдения космического микроволнового фона или данные по структуре галактик;
- требуется оценить, влияет ли введение вязкости на другие космологические параметры, такие как возраст Вселенной и формирование структур.
Заключение
Предложение о том, что пространство-время может обладать свойствами, сходными с вязкой жидкостью, представляет собой одну из попыток модернизировать существующие космологические модели для лучшего согласования с наблюдениями. Эта концепция не отвергает ключевых идей ΛCDM, но дополняет их новым параметром — эффективной вязкостью вакуума, которая оказывает слабое, но значимое влияние на расширение Вселенной. Хотя подобные модели всё ещё находятся на стадии теоретического обсуждения и требуют дальнейших проверок, они расширяют инструментарий исследователей, стремящихся объяснить тонкие расхождения между наблюдаемыми космологическими данными и существующим математическим аппаратом.
Источники:
Статья создана по материалам techno-science.net
