Vesmír bez temné energie?

Nový matematický výzkum naznačuje, že temná energie nemusí být potřebná k vysvětlení zrychlujícího se rozpínání vesmíru, což zpochybňuje základy standardního kosmologického modelu. Matematici se ptají, zda je temná energie skutečně zodpovědná za zrychlující se rozpínání vesmíru.

V nové studii publikované v časopise Proceedings of the Royal Society A vědci z University of California, Davis, představují matematické důkazy o tom, že nestability v rámci Einsteinových-Eulerových rovnic naznačují, že současný model rozpínajícího se vesmíru nemusí být životaschopný. Einsteinovy-Eulerovy rovnice kombinují obecnou relativitu a dynamiku tekutin a jsou široce používány k modelování galaxií, černých děr a rozpínání vesmíru.

Zjištění přímo zpochybňují model Lambda-CDM (cold dark matter – studená temná hmota), hlavní rámec kosmologie Velkého třesku.

Odpovídající autor studie Blake Temple, významný emeritní profesor matematiky na UC Davis, přirovnal standardní kosmologický model k tužce vyvážené na špičce. „Všechny síly jsou v rovnováze, když tužka stojí na konci, takže se jedná o ‚řešení rovnic‘,“ řekl. „Ale je nestabilní. Stačí jen závan vzduchu a odpadá.“

Friedmannova časoprostorová nestabilita zpochybňuje temnou energii
Podle Templea výpočty týmu ukazují, že Friedmannovy časoprostorové matematické modely používané k popisu kosmické expanze jsou nestabilní v malém i velkém měřítku poblíž Velkého třesku. Řekl, že to z nich dělá nejnestabilnější řešení ze všech.

„Nestabilní řešení ve fyzice a vědě se nepovažují za fyzikální,“ řekl Temple. „V přírodě je nikdy nepozorujete.“

Temple uvedl, že tato nestabilita poukazuje na jednodušší vysvětlení, které zůstává zcela v rámci Einsteinovy původní teorie gravitace.

„Nestabilita všech Friedmannových časoprostorů vůči zrychlené expanzi naznačuje jednodušší a přirozenější vysvětlení zrychlení vesmíru než temná energie,“ řekl Temple.

Proč se kosmologická konstanta vrátila
Teorie temné energie byla navržena téměř před 30 lety jako způsob, jak vysvětlit, proč se zdá, že se rozpínání vesmíru zrychluje.

Tento koncept sahá až k Einsteinovým rovnicím obecné relativity z roku 1915. Aby vytvořil statický vesmír, Einstein přidal antigravitační termín známý jako kosmologická konstanta. Poté, co Edwin Hubble v roce 1929 zjistil, že se vesmír rozpíná, Einstein údajně označil kosmologickou konstantu za svůj „největší omyl“, protože bez ní by jeho rovnice předpovídaly rozpínání.

V 90. letech 20. století však byla kosmologická konstanta oživena a spojena s temnou energií jako možné vysvětlení zrychlující se expanze. Moderní kosmologické modely jsou postaveny na konceptu „Friedmannova vesmíru“, ve kterém se hmota rozpíná, zatímco zůstává v daném okamžiku rovnoměrně rozložena v prostoru.

Hledání alternativního vysvětlení
Temple a jeho kolegové se domnívali, že s tímto obrazem existují matematické problémy, což je vedlo k prozkoumání dalších možných příčin kosmického zrychlení.

„Naše první myšlenka byla, že se vesmír rozpíná, protože existuje rázová vlna, a anomální zrychlení je rozpínající se vlna za touto rázovou vlnou,“ řekl Temple. „Pak jsme si uvědomili, že během radiační epochy Velkého třesku existuje rodina podobných řešení, která by mohla modelovat tuto rozpínavou vlnu.“

Podobné rovnice popisují systémy, které si zachovávají stejný celkový vzorec nebo strukturu napříč různými měřítky.

Podobné rovnice odhalují nestabilitu
V nové studii vědci použili tuto verzi Einsteinových rovnic vyvinutých v dřívější práci k reprezentaci standardního kosmologického modelu jako klidového bodu rovnic. Tento přístup jim umožnil plně analyzovat stabilitu modelu a obecněji stabilitu všech Friedmannových časoprostorů během éry Velkého třesku, v níž dominovala hmota.

„Dokazujeme, že stejně jako Einsteinův statický model jsou Friedmannovy časoprostory nestabilní vůči radiálním perturbacím na velkých délkových škálách,“ řekl Temple. „Zdá se, že to vylučuje model Lambda-CDM jako životaschopné stabilní řešení Einsteinových rovnic obecné relativity, s temnou energií nebo bez ní.“

„To znamená,“ dodal, „že Velký třesk by měl obecně vypadat přesně jako Friedmannův časoprostor poblíž středu symetrie, ale obecně by se měly pozorovat zrychlení mimo Friedmannův prostoročas a daleko od středu.“

Kosmické zrychlení bez temné energie
Výzkumníci dospěli k závěru, že zrychlující se rozpínání vesmíru přirozeně vyplývá z Einsteinových-Eulerových rovnic a nevyžaduje ani kosmologickou konstantu, ani temnou energii.

Jejich zjištění také zpochybňují Koperníkovu teorii, tedy myšlenku, že Země nezaujímá ve vesmíru žádné zvláštní místo.

„Jak model temné hmoty s Lambda-CDM, tak i sféricky symetrický časoprostor vytvářejí zvláštní místo, kde musíme ležet, aby byl model fyzikálně věrohodný,“ řekl Temple. „Pokud tato teorie vylučuje jednu, musí vyloučit i druhou.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/a-universe-without-dark-energy-mathematicians-challenge-standard-cosmology/

autor: František Martinek