Скаляр-тензор-векторная теория гравитации, похоже, не работает

Астрофизики из Пенсильванского и Кембриджского университетов испытали «на прочность» скаляр-тензор-векторную теорию гравитации при помощи цефеид из ближайших к нам 25 галактик местного скопления. Результат плачевный: в рамках точности измерений эффекты, предсказанные теорией, не подтвердились.

Угловое распределение ближайших к нам галактик местного сверхскопления, 25 из которых были проверены на соответствие скаляр-тензор-векторной теории гравитации (здесь и ниже иллюстрации Bhuvnesh Jain, Vinu Vikram, Jeremy Sakstein).
Угловое распределение ближайших к нам галактик местного сверхскопления, 25 из которых были проверены на соответствие скаляр-тензор-векторной теории гравитации (здесь и ниже иллюстрации Bhuvnesh Jain, Vinu Vikram, Jeremy Sakstein).

Как все мы помним, в 1998 году астрономы обнаружили, что скорость расширения Вселенной увеличивается. Это наблюдение противоречило «здравому смыслу»: не только на Земле выброшенная взрывом материя постепенно замедляет свой полёт, но и в космосе притяжение должно замедлять разлёт галактик после Большого взрыва. Наблюдающееся ускоренное расширение приведёт со временем к тому, что из поля зрения земных наблюдателей попросту исчезнут все галактики за пределами нашего Сверхскопления. Они пропадут за горизонтом событий.

Астрофизика болезненно восприняла это явление. Первая объясняющая гипотеза — о том, что ускорение разбегания галактик обусловлено давлением тёмной энергии, которая есть космологическая постоянная (энергетическая плотность вакуума), — имеет серьёзную и пока не изжитую слабость. Большинство квантовых теорий поля, основываясь на энергии квантового вакуума, предсказывает громадное значение энергии вакуума (очень большую космологическую константу) — на многие порядки превосходящее допустимое по космологическим представлениям. Если бы всё так и было, галактики разлетались бы намного быстрее, чем мы это наблюдаем.

Одна из альтернатив — обойтись без тёмной энергии. Скаляр-тензор-векторной теорией гравитации предполагается наличие некоего пятого взаимодействия — помимо гравитации, электромагнитного, сильного и слабого. Она многое удачно объясняет: разбегание существует потому, что в больших скоплениях материи, массой более миллионов солнечной, пятое взаимодействие (поле), слишком слабое в немассивных системах, оказывает всё большее расталкивающее воздействие на материю, провоцируя нарастающее разбегание галактик. Поле, разумеется, может варьироваться в пространстве. Теория также эффективно расправляется с отклонениями, наблюдаемыми астрономами при гравитационном микролинзировании.

Итак, Бхувнеш Джейн (Bhuvnesh Jain), Вину Викрам (Vinu Vikram) и Джереми Сакстейн (Jeremy Sakstein, Кембридж) взяли накопленные данные по 25 ближайшим галактикам, находящимся на удалении не более 10 Мпк и содержащим различимые цефеиды, которые периодически меняют свою яркость, причём с постоянным периодом. Благодаря этому можно точно вычислить расстояние до них и, соответственно, определить, существует ли разница скорости разбегания различных галактик. Если скаляр-тензор-векторная теория гравитации верна, то поле будет иметь разную интенсивность в разных местах, и это означает, что давление, заставляющее галактики «разбегаться», там тоже будет разное. Следовательно, различной окажется скорость «убегания» галактик от земного наблюдателя. Цефеиды также меняют свою светимость в зависимости от изменения баланса гравитации и давления. Если некое пятое взаимодействие наличествует, то оно хотя бы в малой степени повлияет на гравитацию — а значит, сократятся периоды изменения светимости цефеид.

На сей раз цефеиды (в зелёных рамках) послужили астрономам для проверки альтернативных гипотез гравитации.
На сей раз цефеиды (в зелёных рамках) послужили астрономам для проверки альтернативных гипотез гравитации.

Но учёные не нашли никаких признаков вариации такого поля: во всех исследованных 25 галактиках цефеиды вели себя так, как будто никакого пятого взаимодействия нет. Это означает, что при существующих средствах наблюдения подтвердить вторую гипотезу не удалось, и физика по-прежнему стоит перед вопросом несовместимости рассчитанных вариантов космологической постоянной и наблюдаемой скорости расширения Вселенной.

Всё это означает, что теория относительности в отношении гравитации везде (в исследованном секторе) верна, а гравитация работает так, как ей положено. Впрочем, авторы оговаривают, что при появлении исходных данных более высокой точности вероятность обнаружения девиаций в окружающей нас группе галактик сохраняется, но сами они оценивают возможность такого сценария не выше 5%.

Что ж, одной экзотической теорией меньше. Вот только что делать с космологической постоянной?..

Подготовлено по материалам arXiv.

17 Мая 2012, 4:03    Den    4692    0

Нет комментариев.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.