Два математика из Китая предложили усовершенствовать теорию гравитации, расширив ее также на тёмную материю и тёмную энергию.
Два математика из Китая предложили усовершенствовать теорию гравитации, расширив ее также на тёмную материю и тёмную энергию.
Когда Альберт Эйнштейн разрабатывал основы теории относительности (и Общей, и Специальной), никто и близко не догадывался, что Вселенная состоит не только из звезд, галактик, туманностей, электромагнитных и гравитационных полей и т.д., но также из чего-то такого, чего мы не видим и никак не ощущаем. Уже потом оказалось, что звездные скопления и галактики движутся так, будто массы их во много раз превышают массу всех видимых звезд. Это вынудило астрофизиков ввести понятие тёмной материи.
Кроме того, выяснилось, что звезды и галактики в космосе разлетаются, да еще с ускорением. Хотя под действием гравитации должны были бы притягиваться друг к другу. Для объяснения этого парадокса пришлось придумать некую тёмную энергию, которая расталкивает галактические объекты. Эти тёмные материя и энергия, «соучастники» нашей с вами космической жизни, не поддаются никаким исследованиям, никто не видел их, не знает, из чего они состоят, и каким законам подчиняются. Можно только подсчитать, что общая масса этих загадочных составляющих нашей Вселенной — свыше 95 % от ее общей массы, а на привычную нам «материальную», или барионную, материю приходится лишь жалкие 5 %. И сегодня десятки лабораторий по всему миру ищут т. н. «вимпы» — тяжелые частицы, из которых гипотетически состоит тёмная материя.
Ну хорошо, думали ученые, допустим, эти загадочные субстанции действительно существуют. Но тут возникла новая проблема: как их наличие следует учитывать в общей теории мироздания? Можно ли эти тёмные массу и энергию вписать в теорию относительности, отразить в эйнштейновских уравнениях?
Похоже, ответ на эти фундаментальные вопросы получили два математика — Шухон Вонг (Shouhong Wang), профессор кафедры математики университета штата Индиана (США), и Тянь Ма (Tian Ma), профессор университета Сычуань (Китай). Они предложили единую теорию видимой материи, тёмной материи и тёмной энергии, которая обобщает теорию Эйнштейна и модифицирует его уравнения, описывающие современные представления о гравитации. Их единая теория может изменить наш взгляд на энергию, гравитационное взаимодействие, структуру и формирование Вселенной. Шухон Вонг и Тянь Ма предположили, что фундаментальные физические законы — закон сохранения энергии и закон сохранения момента — выполняются, только когда учитываются совместно нормальная материя, тёмная материя и тёмная энергия. Для одной лишь нормальной, или барионной, материи, утверждают они, эти законы сохранения могут не выполняться.
«Исследователи разных стран придумали различные теории тёмной энергии, — говорит Вонг. — К сожалению, тайна остается, и природа тёмной энергии сейчас, пожалуй, самая глубокая тайна в космологии и астрофизике. Она является самой выдающейся проблемой в теоретической физике. Другая тайна нашей Вселенной — то, что она содержит намного больше материи, чем это может быть объяснено исходя из общей массы видимых звезд. Недостающая масса была названа тёмной материей, и, несмотря на многочисленные попытки ее обнаружения, так до сих пор и не найдена, так что тайна только углубляется».
Ученые использовали метрику искривленного пространства-времени, примененную Эйнштейном. Однако в уравнения были добавлены новые скалярные члены второго порядка, описывающие вклад тёмной материи и тёмной энергии в теорию гравитации. Эта новая энергия может быть как положительной, так и отрицательной.
Наиболее важным является то, что авторы предложили единую теорию и для тёмной энергии, и для тёмной материи, которые до сих пор рассматривались как две совершенно разные вещи, объединенные лишь словом «тёмный» в их названиях.
«И тёмная материя, и тёмная энергия теперь могут быть представлены суммой новых параметров», — утверждает Вонг. — Отрицательная часть этой суммы описывает тёмную материю, которая производит притяжение, а положительная часть представляет собой тёмную энергию, которая придает ускорение расширению галактик», — говорит он.
Вонг заявил, что новые уравнения поля приводят к модифицированной ньютоновской формуле гравитационной силы. Эта формула показывает, что тёмная материя играет важную роль в галактическом масштабе примерно от 1000 до 100000 световых лет. Однако в еще больших масштабах (свыше10 миллионов световых лет), влияние тёмной энергия будет более значительным.
«Эта единая теория согласуется с общими характеристиками тёмной энергии и тёмной материи, и дальнейшие космические наблюдения, безусловно, будут важны для возможной ее проверки», — добавил Вонг.
Кевин Замбран, заведующий кафедрой математики в университете Индианы, заявил, что единая теория выглядит новым и элегантным взглядом на вещи. «Это пока еще только умозрительный подход на космологических уровне, он должен быть еще проверен опытным путем, но математика в нем является верной, — сказал он. — Это огромное открытие!»
Революционная теория двух китайских математиков, похоже, объясняет многие физические явления, когда кажется, что энергия возникает ниоткуда и пропадает в никуда.
Источник: FacePla.net
