Физики из Калифорнийского университета в Дэвисе и Ноттингемского университета предложили модификацию общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, следствием которой является коллапс Вселенной в будущем, а также описали механизм этого процесса. Результаты своих исследований авторы опубликовали в двух статьях в журнале Physical Review Letters.
Физики в своей первой работе переопределили космологическую постоянную (лямбда-член), фигурирующую в уравнениях ОТО и описывающую нулевую энергию физического вакуума (темную энергию). Эта константа, как считается, остается неизменной в пространстве и времени, однако ее теоретически вычисленное значение оказывается в 10120 раз больше верхнего ограничения на ее величину, следующего из астрономических наблюдений.
Физики пытались убрать такое различие между теорией и наблюдениями различными способами, например, введением дополнительных полей, в том числе и с участием хиггсов (в расширениях Стандартной модели физики элементарных частиц), но такие решения оказывались неустойчивыми.
Модификация уравнений ОТО, предложенная учеными, позволяет подавлять вклад квантовых флуктуаций, учет которых приводит к теоретически рассчитанному значению лямбда-члена, и таким образом снизить его величину.
Это приводит, в частности, к необходимости введения представления о конечной Вселенной, которая в будущем сколлапсирует — ее ускоренное расширение прекратится, а на смену ему придет ускоренное сжатие, которое с течением времени приведет к коллапсу Вселенной — она перейдет в сингулярное состояние.
Во второй статье ученые предложили потенциал со скалярным полем, который описывает расширение Вселенной в соответствии с ее возрастом, отсчитываемым от момента Большого взрыва (произошедшего, как показывают наблюдения астрономов, примерно 13,8 миллиарда лет назад).
Этот линейный потенциал с течением времени становится отрицательным, обеспечивая таким образом отрицательную плотность (темной) энергии, необходимую для завершения расширения Вселенной. При этом перед началом ее сокращения, как следует из вида потенциала, поле может вызвать ускоренное расширение Вселенной, которое сейчас и наблюдается астрономами.
Эволюция Вселенной
Изображение: ESA
Физики собираются в дальнейшем развивать свою теорию. В частности, они собираются произвести учет поправок, связанных с квантовой гравитацией.
ОТО основывается на пропорциональности инертной и гравитационной масс (коэффициент пропорциональности выбирается равным единице) и связывает эффекты гравитационного притяжения с четырехмерной неэвклидовой геометрией пространства-времени. В случае слабого гравитационного поля теория Эйнштейна приводит к закону всемирного тяготения Ньютона и плоскому пространству.