В 1999 году астрономы зафиксировали то, что перевернуло космологию: Вселенная не просто расширяется, а делает это с ускорением. Галактики разбегаются всё быстрее, словно их расталкивает невидимая рука. Для объяснения этого феномена ввели понятие «тёмная энергия» — гипотетическую силу, противодействующую гравитации. Почти сразу её стали сравнивать с космологической константой, которую Альберт Эйнштейн когда-то ввёл в уравнения, а позже назвал своей «главной ошибкой». Но что, если никакой таинственной энергии нет, а загадка кроется в самом законе тяготения?

Именно такую возможность рассмотрели трое физиков-теоретиков: Ольга Мена и Хосе Сантьяго из Лаборатории Ферми, а также Йохен Веллер из Лондонского имперского колледжа. В 2006 году они предложили модель, в которой ускоренное расширение Вселенной — не результат действия скрытой силы, а следствие того, как гравитация работает на космологических дистанциях.

Гравитация, которая меняется с расстоянием

Идея исследователей элегантна и дерзка одновременно. В привычном нам мире, на масштабах планет и звёзд, гравитация подчиняется закону Ньютона и Общей теории относительности Эйнштейна. Но стоит выйти на сверхбольшие расстояния — миллиарды световых лет, — и правила игры, возможно, становятся иными.

На таких дистанциях искривление пространства-времени настолько мало, что Вселенная выглядит практически плоской. И именно здесь, по расчётам Мены, Сантьяго и Веллера, гравитация начинает вести себя не так, как мы привыкли. Вместо того чтобы тормозить расширение, она его ускоряет.

Это не отказ от эйнштейновского наследия. Скорее, его расширение. Общая теория относительности остаётся нетронутой для малых и средних расстояний — там, где её многократно проверяли. Но на космологических масштабах она требует доработки. Физики по сути переписывают учебник гравитации для Вселенной в целом, оставляя локальные главы без изменений.

Как проверяли новую модель

Уравнения, описывающие эволюцию Вселенной в рамках обновлённой теории, оказались чрезвычайно сложными. Решить их напрямую не получалось. Тогда группа применила аппроксимативные аналитические методы — по сути, нашла изящные приближения, позволившие обойти математические дебри.

Это дало возможность сравнить теоретические прогнозы с реальными данными. А данные брали оттуда, где они наиболее точны: из наблюдений за сверхновыми типа Ia. Эти космические взрывы служат «стандартными свечами» — их яркость известна, и по тому, насколько тусклыми они выглядят с Земли, астрономы вычисляют расстояния и скорость расширения в разные эпохи.

Результат оказался более чем обнадёживающим. Предсказания новой модели хорошо совпали с тем, что видят телескопы. Ускорение, которое раньше приписывали тёмной энергии, естественно возникало из модифицированной гравитации.

Тёмная материя остаётся в игре

Впрочем, совсем без «тёмных» сущностей обойтись не удалось. Как отметил Хосе Сантьяго, их модель по-прежнему требует наличия тёмной материи — невидимого вещества, которое скрепляет галактики и скопления своей гравитацией. Без неё не сходятся многие другие наблюдения: скорости вращения звёзд на окраинах галактик, гравитационное линзирование, структура реликтового излучения.

Так что полной замены загадочных компонентов космоса не произошло. Скорее, учёные предложили перераспределить роли: тёмная энергия, возможно, исчезает, но тёмная материя остаётся. Это не поражение, а уточнение картины мира.

От гипотезы к постулату и обратно

Любопытно, как быстро гипотеза о тёмной энергии превратилась в почти неоспоримый постулат. С момента открытия ускоренного расширения прошло всего несколько лет, а научное сообщество уже начало встраивать её в стандартную космологическую модель. Появились даже утверждения, что тёмная энергия — это и есть та самая космологическая константа Эйнштейна, от которой он когда-то отказался.

Но наука, как напоминал сам Эйнштейн, не является и никогда не будет являться законченной. Работа Мены, Сантьяго и Веллера — хороший тому пример. Она показывает, что даже самые устоявшиеся представления могут быть пересмотрены, если найти смелость заново взглянуть на фундаментальные законы.

Кстати, мы уже писали о том, как возникла Вселенная — от Большого взрыва до первых звёзд. А вопрос о тёмной энергии напрямую связан с тем, куда всё это движется дальше.

Что дальше?

Модель 2006 года не стала последним словом. С тех пор появились десятки альтернативных теорий — от квинтэссенции до теорий струн. Но подход, предложенный тогда, задал важный вектор: искать объяснение не в новых сущностях, а в переосмыслении старых.

Пока тёмная энергия остаётся в учебниках как наиболее вероятное объяснение. Однако каждый новый обзор сверхновых, каждое уточнение карты реликтового излучения может склонить чашу весов. Возможно, мы стоим на пороге пересмотра законов гравитации — и тогда фраза Эйнштейна о незаконченности науки зазвучит особенно пророчески.

Физики любят говорить, что самая интересная фраза в науке — не «Эврика!», а «Хм, забавно». Именно с такого «забавно» началась эта история. И кто знает, к чему она приведёт через пару десятилетий.