Эта история начинается не в кабинетах философов, а на краю галактик. Там, где звёзды вращаются слишком быстро, чтобы удерживаться видимой массой. Там, где свет изгибается сильнее, чем позволяют обычные расчёты. Там, где Вселенная расширяется не по плану. И каждый раз, когда мы приближаем объектив, спектр вопросов становится только ярче: не пора ли переписать самый святой закон космологии — общую теорию относительности Эйнштейна?
Спойлер: «опровергнуть Эйнштейна» пока не удалось. Но аномалий накопилось столько, что на сцену вышел целый ансамбль альтернативных теорий гравитации. И у каждой — свои фанфары, аргументы и слабые места.
С чего начались сомнения: три «шрама» на лице космологии
- Плоские кривые вращения галактик
Наблюдения показывают: на периферии спиральных галактик звёзды движутся быстрее, чем должны при видимой массе. Классическая космология призывает на помощь невидимый балласт — тёмную материю. Альтернативный лагерь отвечает: может, ничего призывать не надо, просто уравнение гравитации работает иначе при крошечных ускорениях. - Сверхточное линзирование там, где «массы мало»
Гравитационные линзы иногда выглядят сильнее, чем ожидается по подсчитанной массе. Стандартная модель снова зовёт тёмную материю. Альтернативщики говорят: возможно, само геометрическое правило искривления света нужно смягчить или дополнить. - Расхождение в постоянной Хаббла
Одна и та же Вселенная даёт две разные «скорости расширения»: по ранним данным (реликтовое излучение) и по поздним (сверхновые, стандартные свечи). Это не прямой удар по Эйнштейну, но звоночек: либо в космологии недостаёт ингредиента, либо гравитация ведёт себя по-разному на разных эпохах.
Альтернативные «фабрики тяжести»: кто спорит с Эйнштейном
MOND — Модифицированная ньютоновская динамика
Классика оппонирования: при ускорениях ниже критической величины гравитация «усиливается». MOND удивительно хорошо описывает вращение дисков галактик и знаменитую «радиально-ускорительную связь» (жёсткую привязку между видимой массой и реальным ускорением звёзд). Но MOND тяжело даётся склейка с космологией и объяснение некоторых скоплений галактик.
TeVeS и другие релятивистские продолжения
Чтобы совместить MOND с релятивистской картинкой, вводят дополнительные поля (скалярные, векторные). Плюс: становится возможным описывать линзирование и космологию. Минус: модели усложняются, часть версий «подрезали» строгие ограничения по скорости гравитационных волн (после события GW170817 скорость гравитации оказалась практически равной скорости света).
f(R)-гравитация и скаляр-тензорные теории
Идея проста: заменить «чистую» кривизну пространства-времени на более общую функцию f(R). Иногда это помогает с космическим ускорением без тёмной энергии. Но нужно тонко настраивать параметры, чтобы не сломать локальные тесты (планеты, пульсары, двойные системы).
Эмерджентная/энтропийная гравитация
Смелый взгляд: гравитация — не фундаментальна, это статистическое явление глубинных микросостояний пространства. Такие подходы пытались вывести галактическую динамику без тёмной материи. Интригующе, но пока «мостика» до точного согласия со всем массивом наблюдений не хватает.
MOG/СТVG (тяжёлая кавалерия)
Модифицированная гравитация со «свободными» константами, меняющимися по масштабу. На уровне галактик — успехи; на уровне скоплений и ранней Вселенной — уже сложная акробатика с параметрами.
«Опровергающие» эксперименты: где именно трещит стандарт
Честно: громких, однозначных фраз «эксперимент опроверг Эйнштейна» нет. Наоборот, пульсарные часы-маяки, гравитационные волны, предсказания вокруг чёрных дыр — всё это великолепно подтверждает общую теорию относительности. Но есть зоны дискомфорта:
• Радиально-ускорительная связь (галактическая «жёсткость»)
Связь между распределением обычной материи и фактической динамикой слишком чёткая, будто «тёмная материя» идеально прикручена к звёздному диску. Стандартная модель объясняет это космологическим формированием галактик, альтернативщики машут MOND.
• Некоторые аномальные линзы и «тонкая подгонка» тёмной материи
Иногда, чтобы «свести» линзирование и динамику, приходится раскладывать сложные карты невидимой массы вплоть до мельчайших субструктур. Альтернативные теории пытаются упростить картину — но платят усложнённой математикой.
• Напряжение H₀ (постоянная Хаббла)
Ранние и поздние измерения всё ещё не хотят совпадать. Одни зовут «раннюю тёмную энергию», другие — нестандартную гравитацию в молодости Вселенной. Решения пока нет, ставки растут.
Критический ответ «охранителей» Эйнштейна
- Гравитационные волны пришли со скоростью света
Событие GW170817 «закрыло» целые семейства модификаций, где скорость волн отличалась бы от c. Ограничения феноменально жёсткие. - Пульсарные лаборатории идеальны для тестов
Двухпульсарные системы искажают орбиты именно так, как предсказывает ОТО. Любая «не та» сила гравитации тут же выдала бы себя странной прецессией или лишним излучением. - Чёрные дыры и тени EHT
Данные по теням сверхмассивных чёрных дыр и орбитам звёзд у центра Млечного Пути снова ставят галочки напротив формул Эйнштейна.
И всё же: ни один из этих тестов не живёт на «галактических» масштабах формирования структур. Там, где кипят главные претензии альтернативщиков, доминирует астрофизическая «грязь» — звёздные ветры, обратная связь от сверхмассивных чёрных дыр, турбулентность газа. Сортировать вклад гравитации и астрофизики — задача не для одного телескопа.
Как может развернуться сюжет дальше
Сверхточные карты слабого гравитационного линзирования (Euclid, Rubin Observatory), детальные каталоги вращений галактик, новые «стандартные сирены» (гравитационные волны + световые вспышки), а также космическая антенна LISA — всё это в ближайшие годы «сожмёт» пространство допустимых теорий. Возможны три финала:
• Победа Эйнштейна 2.0
Тёмная материя и тёмная энергия остаются, но их астрофизическая роль уточняется. Аномалии объясняются тонкой «кухней» звёздообразования и обратной связью.
• Компромисс
Гравитация чуть-чуть меняется на сверхбольших масштабах или в ранней Вселенной (эффективные теории), не ломая локальные тесты.
• Новый канон
Появляется стройная, проверяемая теория, которая и без тёмной материи даёт правильную космологию, линзирование и динамику галактик. Это был бы научный переворот уровня Коперника.
Развязка без финальных титров
Альтернативная гравитация — не разрушение храма, а его реставрация. Эйнштейн, похоже, выстоял в локальном «районе»: пульсары, гравволны, чёрные дыры — всё по плану. Но на галактических и космологических площадях идёт шумная реконструкция. Мы уточняем, где заканчивается чистая геометрия и начинается грязная астрофизика, где подмена «невидимой массой» уместна, а где — это просто привычка.
Наука — это не догма. Это сериал с бесконечными сезонами. И Эйнштейн в нём — не бог, а автор первой великой арки. Следующую, возможно, напишут Euclid, Rubin и LISA. И да — финал мы ещё не смотрели.
теги: гравитация, альтернативные теории, MOND, тёмная материя, общая теория относительности, космология, линзирование, постоянная Хаббла, гравитационные волны, пульсары, Euclid, LISA, Rubin Observatory, астрофизика, квантовая гравитация