Поможет ли забытая теория Эйнштейна разгадать величайшие загадки физики?

Теория, согласно которой масса не только искривляет пространство-время, но и искривляет его, могла бы объяснить сразу несколько космических загадок. Однако неизвестно, правда ли это. Чтобы продемонстрировать это, пришлось бы бросить вызов старой и хорошо зарекомендовавшей себя общей теории относительности.

Общая теория относительности, разработанная Альбертом Эйнштейном, предполагает, что любая масса искривляет пространство-время. Это вызывает в нем «депрессию» — растяжение и пространства, и времени. Вот почему время замедляется вблизи массивных объектов.

Общая теория относительности прошла множество испытаний. Недавно исследователи из Института астрофизики Университета Колорадо в Боулдере провели чрезвычайно точные измерения. Атомные часы, состоящие из 100 000 атомов стронция, могли измерять влияние разницы в расстоянии в один миллиметр от поверхности Земли, то есть силы земного притяжения, на течение времени.

Однако теория относительности уже подвергалась многим проверкам. Каждый из них прошел безупречно. Это лучшая теория, которая согласуется с космическими наблюдениями — по крайней мере, в каком-то масштабе.

Забытая теория Эйнштейна, или как масса искривляет пространство

Вряд ли кто-то знает, но Эйнштейн также работал над немного другим математическим описанием космоса. Он хотел описать, как масса не искривляет пространство-время, а искажает его. Поэтому пространство-время вокруг массивных тел должно не только искривляться, но и вращаться. Это было бы несколько атмосфернее, чем воздух, закрученный вокруг. Эйнштейн назвал эту теорию телепартикуляризмом.

Такое кручение пространства-времени массой объяснило бы не только гравитацию, но и электромагнетизм. Телепартикуляризм был бы «единой теорией поля», также известной как Теория всего, которую физики искали, чтобы объяснить действие всех сил во Вселенной в одной модели.

Эйнштейн опубликовал свою работу в 1928 году. Но учитывалась только гравитация. Электромагнетизм оказался слишком сложным для описания с помощью уравнений кручения пространства-времени. Эта теория Эйнштейна была в значительной степени забыта.

То, что не может объяснить физика, т.е. четыре великие загадки Вселенной

Жаль, потому что эта теория объяснила бы четыре разных парадокса, которые сегодняшняя физика объяснить не может.

1. Проблема скорости вращения галактик. В 1970-х годах было замечено, что в галактиках слишком мало видимой материи, чтобы предотвратить их распад под действием центробежной силы. Чтобы разрешить этот парадокс, физики постулируют существование « темной материи », на долю которой приходится до 80 процентов. масс во Вселенной. Такие частицы должны были бы взаимодействовать с «нормальной» материей только посредством гравитации, и поэтому их было бы очень трудно обнаружить. Пока их следов не обнаружено.
2. Космос в самом большом масштабе кажется однородным. Маловероятно, если оно возникло из случайного и хаотического состояния — и у физиков нет оснований полагать иначе. Для объяснения этого они постулируют явление « космической инфляции », которая в начале существования Вселенной раздувала бы ее так быстро, что «сглаживала бы» возможные неоднородности.
3. В конце прошлого века было обнаружено, что Вселенная не только расширяется, но и увеличивается скорость расширения. Нет никакой очевидной причины, по которой он должен быть еще быстрее, поэтому физики постулируют существование « темной энергии », чтобы объяснить это. Неизвестно, что это может быть за энергия.
4. По мере совершенствования методов измерения два разных способа измерения расширения Вселенной или побегов галактик начали «расходиться». Метод, основанный на анализе микроволнового фонового излучения, оставшегося после Большого взрыва, дает результаты в среднем на 10 процентов ниже, чем метод, основанный на наблюдении сверхновых.

Теория, объясняющая четыре парадокса

Теория телепартикуляризма, описывающая кручение пространства-времени через массу, не требует существования темной материи и темной энергии. Это также решает проблему разной скорости расширения Вселенной. Космическая инфляция в таких описаниях также имеет естественное объяснение. Просто сила гравитации деформирует время и пространство иначе, чем мы предполагаем это сегодня.

Более того, с математической точки зрения легче описать, как материя и энергия поддаются скручиванию, чем искривлению пространства-времени. На коротких дистанциях разница между двумя описаниями незначительна. Однако она начинает проявляться в масштабе, значительно превышающем Солнечную систему, — именно там, где современная физика сталкивается со своими самыми большими проблемами.

В 2018 году физики из Национального института космических исследований в Сан-Паулу подсчитали, что кручение пространства-времени массой, или телепалеллизм, объясняет проблему различных измерений скоростей убегания галактик. Включение этого в уравнения сделало измерения по наблюдениям сверхновых звезд и микроволнового фонового излучения согласованными.

Можно ли подвергнуть сомнению теорию относительности?

В малом масштабе общая теория относительности, предполагающая, что масса только искривляет пространство-время, работает очень хорошо. Но, возможно, мы еще недостаточно тщательно его изучаем. Отсюда в 2014 году родилась идея исследовать общую теорию относительности с точностью до одной части на триллион на борту спутника STEP (Satellite Test of the Equivalence Principle) (наиболее точные измерения пока достигают точности в один триллион).

Идея состоит в том, что в основе теории относительности лежит эквивалентность гравитационной и инертной масс. На тела одинаково действуют силы инерции (при разгоне) и силы тяжести. По этой причине невозможно различить, парит ли лифт в невесомости или свободно падает.

Нет особой причины, по которой это должно быть так — законы физики не запрещают двум массам быть разными. Если более точные измерения покажут, что существует небольшая разница между действием силы тяжести и ускорением на одну и ту же массу, необходимо будет изменить общую теорию относительности. Если это произойдет, есть альтернатива, выдвинутая Эйнштейном. Это кручение пространства-времени массой, или телепалеллизм.

Однако может оказаться, что ОТО можно проверить только в космических масштабах. В любом случае, тайны темной материи и энергии, инфляции и различных скоростей расширения Вселенной должны быть окончательно объяснены.