23 июн 2023 15 245

Время искажается — меняются ли законы физики?

Вселенная предоставляет уникальную возможность для испытания законов физики, в частности, теорий Леонарда Эйлера и Альберта Эйнштейна. Эйлер описал движение небесных тел с помощью дифференциальных уравнений, а Эйнштейн — влияние этих тел на искажение пространства-время. Но после открытия темной материи и ускорения расширения Вселенной возник вопрос: могут ли уравнения объяснить эти загадочные явления? Команда из Женевского университета разработала первый метод для ответа на этот вопрос. Он основан на измерении искажения времени — параметра, который до сих пор не использовался. Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Теории Леонарда Эйлера (1707–1783) и Альберта Эйнштейна (1879–1955) изменили наше понимание Вселенной. С помощью знаменитого уравнения, названного в его честь, Эйлер дал ученым мощный инструмент для расчета движения галактик в космосе. Своей теорией общей относительности, Эйнштейн показал, что Вселенная не застывшая сцена: она может искажаться под влиянием звездных скоплений и галактик.

Физики проверяли эти уравнения разными способами, которые до недавних пор доказывали их успешность. Однако два открытия продолжали ставить эти модели под сомнение: ускорение расширения Вселенной и существование невидимой темной материи, которая, как полагают, составляет 85% всей материи в космосе. Подчиняются ли эти загадочные явления уравнениям Эйнштейна и Эйлера? На этот вопрос исследователи пока не могут ответить.

Проблема в том, что текущие космологические данные не позволяют нам различить теорию, которая нарушает уравнения Эйнштейна, от теории, которая нарушает уравнение Эйлера. Это то, что мы демонстрируем в нашем исследовании. Мы также представляем математический метод для решения этой проблемы. Это результат десятилетних исследований

— Камиль Бонвен, доцент кафедры теоретической физики факультета наук Женевского университета и первый автор статьи.

Исследователи не могли различить достоверность этих двух уравнений на самом краю Вселенной, потому что им не хватало одного «ингредиента» — измерения искажения времени.

До сих пор мы умели измерять только скорость небесных объектов и сумму искажения времени и пространства. Мы разработали метод для получения этого дополнительного измерения, и это — своеобразная премьера

— Камиль Бонвен.

Если искажение времени не равно сумме времени и пространства — то есть результату, который дает теория общей относительности, — это означает, что модель Эйнштейна не работает. Если искажение времени не соответствует скорости галактик, рассчитанной с помощью уравнения Эйлера, это означает, что последнее неверно.

Это позволит нам узнать, существуют ли во Вселенной новые силы или материя, которые нарушают эти две теории

— Левон Погосян, профессор кафедры физики Саймон-Фрейзерского университета в Канаде и соавтор статьи.

Результаты исследования внесут важный вклад сразу в несколько миссий, целью которых является определение причины ускоренного расширения Вселенной и природы темной материи. К ним относятся космический телескоп EUCLID, который будет запущен в июле 2023 года Европейским космическим агентством (ESA) при сотрудничестве с Женевским университетом, а также Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), который начал свою пятилетнюю миссию в 2021 году в Аризоне. Есть также международный проект гигантского радиотелескопа SKA (Square Kilometer Array) в Южной Африке и Австралии, который начнет наблюдения в 2028/29 годах.

Наш метод уже внедрен в эти различные миссии. Это уже случилось для DESI, с которыми мы стали внешними сотрудниками благодаря этому исследованию. Научная команда успешно протестировала модель на синтетических каталогах галактик. Следующий шаг — применение ее к реальным данным

— Камиль Бонвен.