Вселенной не обязательно расширяться

Немецкий учёный предлагает объяснить наблюдаемые явления увеличением массы Вселенной.

 Сначала взрыв, потом расширение, которое продолжается до сих пор. Альтернативы этой точке зрения на Вселенную, утвердившейся в науке около столетия назад, время от времени появляются, но остаются на обочине — полуразработаны и не очень-то известны. 

Какая судьба ждёт очередную интерпретацию, которую предложил физик-теоретик Кристоф Веттерих из Гейдельбергского университета (ФРГ)? В его космологии Вселенная не расширяется, но масса растёт. Работа пока не опубликована в рецензируемом журнале, но ни один из специалистов, с которыми связалась редакция журнала Nature, не увидел в препринте очевидных ошибок. «Серьёзный подход, заслуживающий рассмотрения», — так, например, отозвался о труде космолог Хуншэн Чжао из Сент-Эндрюсского университета (Великобритания). 

Понять, приближается объект к Земле или удаляется, можно по излучению, испускаемому или поглощаемому атомами. Если нечто движется в обратную от нас сторону, частота будет смещаться по направлению к красной части спектра (по той же причине становится ниже звук удаляющегося автомобиля). 

В 1920-х астрономы (прежде всего Жорж Леметр и Эдвин Хаббл) обнаружили, что большинство галактик обладают таким красным смещением, причём чем дальше галактика, тем оно сильнее. Из этих наблюдений они вывели, что Вселенная должна расширяться. 

Однако г-н Веттерих напоминает, что излучение, испускаемое атомами, зависит также от масс составляющих атомы элементарных частиц, в частности электронов. Если масса атома увеличивается, испускаемые им фотоны несут больше энергии. Поскольку более высокой энергии соответствуют более высокие частоты, частоты испускания и поглощения сдвинутся в сторону синей части спектра. И наоборот, если частицы становятся легче, частоты демонстрируют красное смещение. 

Скорость света конечна, поэтому, когда мы смотрим на далёкие галактики, мы смотрим назад во времени, наблюдая их такими, какими они были в момент испускания излучения. Если масса Вселенной в прошлом была ниже и с тех пор постоянно увеличивается, излучение старых галактик покажется нам смещённым в красную часть спектра, причём степень красного смещения будет пропорциональна их расстоянию от Земли. Тем самым нам покажется, что галактики удаляются. 

Отталкиваясь от этих соображений, г-н Веттерих строит математическую модель, в которой выходит, что Вселенная быстро расширялась в течение недолгого периода инфляции. Ему не предшествовал момент сингулярности, когда Вселенная обладала бесконечной массой. Вместо этого получается, что Большой взрыв растянут в прошлое на существенно бесконечное время. А нынешний космос статичен или даже начал уже сокращаться. 

Проверить эту гипотезу, конечно, не получится. Масса, как известно, безразмерна, то есть может быть измерена только относительно чего-то другого. Например, масса объектов на поверхности Земли измеряется относительно стандарта килограмма, хранящегося в Международном бюро мер и весов на окраине Парижа. Если масса всего во Вселенной (в том числе этого официального мерила) со временем увеличивается, нет никакого способа об этом узнать. 

Но для г-на Веттериха проверка не главное. Он считает, что его построение полезно для размышлений о космологических моделях в том смысле, в каком существуют различные интерпретации квантовой механики — все математически последовательные. Важным преимуществом своей гипотезы г-н Веттерих называет обоснование отсутствия сингулярности Большого взрыва. 

Не все комментаторы готовы радушно встретить новую точку зрения. Например, астрофизик Ниаеш Афшорди из Института теоретической физики «Периметр» (Канада) отмечает: космологи принимают расширение Вселенной, потому что это наиболее удобная интерпретация красного смещения галактик. Зачем ещё одна? 

Однако есть и такие, которым понравилось то, что г-н Веттерих ломает стереотипы. «Всегда полезно узнать об альтернативном объяснении, согласующемся со всеми известными наблюдениями, до того, как тебе станет слишком комфортно в рамках стандартной модели», — считает физик Арджун Берера из Эдинбургского университета (Великобритания). 

Результаты исследования опубликованы на сайте arXiv. 

Подготовлено по материалам Nature News.

Немецкий космолог выдвинул гипотезу о нерасширении Вселенной

Автор: Ася Горина

О том, что Вселенная образовалась вследствие Большого взрыва, знает каждый школьник. И каждый студент знает о том, что Вселенная расширяется, как надувающийся воздушный шарик. Галактики удаляются друг от друга, о чём говорят простейшие физические эффекты.

В физике существует явление, которое называется эффект Доплера. С ним сталкивался каждый обыватель: когда мимо наблюдателя проезжает машина скорой помощи со включённым звуковым сигналом, то сначала звук кажется выше, а по мере удаления автомобиля — всё ниже (меняется частота звука). Этому есть простое объяснение: звук — это волны, которые проходят определённый путь до человеческого уха. По мере удлинения пути меняются и параметры приходящего сигнала.

Астрофизики опираются на эффект Доплера и когда рассматривают Вселенную в телескопы. Ещё в 1920-х годах Жорж Леметр (Georges Lemaître) и Эдвин Хаббл (Edwin Hubble) заметили, что все галактики имеют красноватый оттенок, и чем дальше расположена галактика, тем отчётливее заметно понижение частот приходящего излучения (так называемое красное смещение).

Свет также можно представить в виде волны, а значит эффект Доплера применим и к нему. Если не вдаваться в подробности, то удаляющиеся от наблюдателя предметы будут казаться красноватыми (красное смещение), а приближающиеся — синеватыми (синее смещение). Именно так родилась теория о том, что Вселенная расширяется.

С тех пор множество раз выдвигались и другие научные гипотезы, но ни одна из них не получила разумного подтверждения.

Сегодня немецкий физик-теоретик Христоф Веттерих (Christof Wetterich) из университета Гейдельберга предложил по-новому взглянуть на красноватый оттенок далёких галактик и забыть на время про эффект Доплера.

Атомы, из которых состоят все небесные (и не только небесные) тела, испускают характерный свет, зависящий от масс составляющих атомы элементарных частиц, а конкретнее — электронов. Если масса атома растёт, то испускаемый им фотон будет обладать более высокой энергией. Высокие энергии соотносятся с высокими частотами, а самая короткая длина волны (и самая высокая частота) — у фиолетового и синего света. Набирающие массу частицы будут синеватыми, а "худеющие" — красноватыми.

Но это вовсе не значит, что все галактики во Вселенной теряют массу. Поскольку скорость света хоть и недостижима, но конечна (около 300 тысяч километров в секунду в вакууме), чем дальше мы смотрим, тем более далёкие во времени события видим. К примеру, если астрономы говорят, что звезда находится в 20 тысячах световых лет от Земли, это значит, что мы видим её такой, какой она была 20 тысяч лет назад.

Если бы все тела обладали бы раньше меньшей массой, чем обладают сегодня, и постоянно бы "тяжелели", то все галактики выглядели бы красноватыми по сравнению с тем, как выглядят сейчас, и степень этого красного смещения была бы пропорциональна удалённости галактики от Земли. Собственно говоря, это именно то, что мы наблюдаем сегодня.

Если взглянуть на космос с этой точки зрения, то всё будет выглядеть иначе. Гипотеза Веттериха не исключает существование Большого взрыва и расширения Вселенной полностью. В её ранней истории был короткий период, описываемый инфляционной моделью, когда образовались элементарные частицы. Но до этого, согласно Веттериху, Большой взрыв был лишён сингулярности — бесконечной плотности Вселенной. Вместо этого Большой взрыв бесконечно растягивался во времени в прошлое. А сегодня космос уже статичен или даже схлопывается.

У этой стройной гипотезы существует лишь один большой недостаток: её невозможно проверить экспериментально. Когда мы говорим о постоянном "утяжелении" всех тел во Вселенной, нужно учитывать, что масса есть размерная величина, а значит, она может быть измерена лишь относительно чего-то. А если растёт масса даже эталона килограмма, хранящегося в Международном бюро мер и весов, то с чем мы будет сравнивать массы звёзд и галактик?

О своей гипотезе Веттерих написал статью, которую можно почитать на сайте препринтов arXiv.org. И хотя она ещё требует экспертной оценки, пока что астрофизики в основном отзываются об идее положительно. По мнению коллег Веттериха, его гипотеза? как минимум, поможет физикам избежать однобокости мышления.

"Вся космология сегодня опирается на Стандартную модель, теорию Большого взрыва и расширения Вселенной. Я считаю, что прежде чем залезать в комфортные рамки одной научной теории, необходимо рассмотреть все альтернативные объяснения физических явлений", — прокомментировал исследование Архун Берера (Arjun Berera), физик и профессор университета Эдинбурга.

Сам Веттерих не считает свою гипотезу единственно верным объяснением всех процессов во Вселенной. Он говорит, что с помощью его модели можно будет по-другому взглянуть на некоторые явления. К примеру, физики уже пользуются различными интерпретациями квантовой механики, каждая из которых математически объяснима. В конце концов, отсутствие сингулярности Большого взрыва значительно упрощает понимание происхождения Вселенной.