Космология переживает кризис. Наши лучшие теории о вселенной, проверенные десятками лет и тысячами экспериментов, внезапно дают противоречивые ответы на самые фундаментальные вопросы. Темная энергия, загадочная субстанция, — лишь вершина айсберга. Астрономы все чаще говорят о «напряжении», «разногласиях» и «новой физике». И в этот момент из пыльных архивов истории науки появляется почти забытая теория, которую Альберт Эйнштейн забросил почти сто лет назад. Физики снова обратили на нее внимание — и теперь кажется, что эта старая идея о скрученном пространстве способна разрешить самые болезненные противоречия современной науки.
Все современное понимание пространства, времени и гравитации выросло из гениального прозрения Альберта Эйнштейна. В 1915 году он опубликовал общую теорию относительности, перевернувшую наши представления о реальности. Эйнштейн понял, что гравитация — это не сила в ньютоновском смысле, а проявление геометрии. Массивные объекты, такие как звезды и планеты, не притягиваются, а деформируют ткань пространства-времени, заставляя другие тела двигаться по искривленным траекториям.
Теория оказалась невероятно успешной — она предсказала существование черных дыр, объяснила смещение перигелия Меркурия и предсказала гравитационное линзирование.
Однако сам Эйнштейн вскоре почувствовал неудовлетворенность. Его теория описывала гравитацию, но не могла включить в себя электромагнетизм. В то же время зарождалась квантовая механика — новая, революционная теория микромира, основанная на вероятностях и неопределенности. Эйнштейн скептически относился к ее фундаментальным принципам. Он хотел найти единую теорию, которая описала бы все фундаментальные взаимодействия, включая гравитацию и электромагнетизм, без обращения к квантовой случайности.
В поисках этого объединения в 1928 году Альберт Эйнштейн опубликовал работы, в которых он пытался разработать единое поле теория гравитации и электромагнетизма, используя математическую структуру, отличную от обычной геометрии кривизны Римана.
Вместо того чтобы описывать гравитацию исключительно через кривизну пространства-времени (как в общей теории относительности 1915 г.), он использовал концепцию дальнего параллелизма — геометрическую структуру, в которой сохраняется идея параллельного переноса, но появляется торсионная составляющая (кручение) пространства-времени, связанная с несимметрией тензора связности.
Если кривизна описывает, как линии изгибаются, то кручение описывает, как они скручиваются. Чтобы понять разницу, представьте себе спагетти, лежащие на тарелке — их форму можно описать кривизной. А чтобы описать форму спирального фузилли, уже нужно кручение.
Эйнштейн предположил, что массивные и заряженные объекты закручивают пространство-время под собой, как циклон в ткани реальности. Разные типы скручивания могли бы объяснить гравитацию и электромагнетизм в рамках одной элегантной математической структуры. Эту гипотезу назвали телепараллельной гравитацией.
Однако теория не сработала так, как надеялся Эйнштейн. Переписанные уравнения в конечном итоге оказались просто другой математической формой общей теории относительности, неспособной описать электромагнетизм. Разочарованный, Эйнштейн оставил эту идею, и она почти на столетие оказалась на периферии физической науки, в то время как квантовая теория и общая теория относительности одерживали одну победу за другой.
Кризис современной космологии
Сегодня физика стоит перед лицом новых, еще более глубоких вызовов. Обе наши фундаментальные теории — общая теория относительности и квантовая механика — блестяще подтверждаются экспериментально, но они принципиально несовместимы друг с другом. Более того, космология, наука о вселенной в целом, столкнулась с целым рядом загадок, которые заставляют усомниться в полноте нашего понимания.
Проблемы можно сформулировать как четыре взаимосвязанных кризиса.
- Темная энергия. Более 20 лет назад, в 1998 году, астрономы обнаружили, что расширение вселенной не просто продолжается, а ускоряется. Это открытие стало полной неожиданностью. Чтобы объяснить его, ученые были вынуждены ввести понятие темной энергии — гипотетической формы энергии, которая пронизывает пространство и обладает отрицательным давлением, расталкивающим галактики. На ее долю приходится около 70 процентов от общей плотности энергии-массы наблюдаемой Вселенной, но мы не имеем ни малейшего представления, что это такое.
- Темная материя. Еще раньше, с 1970-х годов, астрономы поняли, что галактики вращаются так быстро, что должны были бы разлететься, если бы не содержали огромного количества невидимой материи. Эта темная материя не излучает и не поглощает свет, но ее гравитационное влияние очевидно. Считается, что она составляет почти 20 процентов процентов от общей плотности энергии-массы наблюдаемой Вселенной. Ее природа — одна из величайших загадок.
- Инфляция. Чтобы объяснить удивительную однородность Вселенной в больших масштабах, космологи предположили, что в первые доли секунды после Большого взрыва пространство пережило период колоссально быстрого расширения — инфляции. Однако что запустило этот процесс и что его остановило — неизвестно.
- Напряжение Хаббла. Это самый свежий и, возможно, самый острый кризис. Ученые измеряют скорость расширения вселенной (постоянную Хаббла) двумя независимыми способами. Первый метод опирается на наблюдения за взрывами сверхновых звезд в ближней вселенной. Второй метод анализирует космическое микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение) — холодное эхо Большого взрыва, дошедшее до нас из глубин времени. Эти два метода, каждый из которых сам по себе считается чрезвычайно точным, дают разные результаты. Разница составляет около 10 процентов — величина, слишком большая, чтобы ее можно было списать на погрешность измерений. Это «напряжение Хаббла» поставило космологов в тупик.
Почему именно телепараллельная гравитация?
На фоне этих проблем многие теоретики начали искать решения в модификациях общей теории относительности. Большинство таких попыток предполагало добавление новых компонентов в уравнения Эйнштейна, что позволяло кривизне пространства-времени реагировать на большее число факторов. Однако в 2017 году почти всем этим теориям был нанесен сокрушительный удар.
В тот год обсерватории LIGO и Virgo впервые зафиксировали гравитационные волны — рябь пространства-времени — от столкновения двух нейтронных звезд. Это событие сопровождалось вспышкой света. Согласно общей теории относительности, гравитационные волны должны распространяться со скоростью света. Почти все модифицированные теории гравитации предсказывали, что эта скорость будет чуть меньше. Однако световая вспышка и гравитационные волны достигли Земли с разницей в считанные секунды, что соответствовало предсказаниям Эйнштейна. Этот результат исключил практически все альтернативные теории.
Но телепараллельная гравитация устояла. Она не предсказывает изменения скорости гравитационных волн. После чистки 2017 года она осталась одной из немногих жизнеспособных кандидатов для тех, кто считает, что напряжение Хаббла и другие проблемы можно решить, пересмотрев природу гравитации. «Это очень захватывающее время, — говорит Джексон Саид из Университета Мальты, ведущий исследователь в этой области. — В сообществе возникла новая синергия в использовании телепараллельной гравитации для решения больших проблем современной космологии».
Важно понимать: телепараллельная гравитация не противоречит общей теории относительности, а предлагает другой взгляд на нее. Еще в 1976 году было математически доказано, что уравнения Эйнштейна можно одинаково корректно записать как на языке кривизны, так и на языке кручения. Это телепараллельный эквивалент общей теории относительности. Если бы Эйнштейн изначально выбрал путь кручения, его теория все равно работала бы.
Надежда современных физиков заключается в том, что телепараллельный подход может оказаться эффективнее. Математический язык кручения более гибок, чем язык кривизны. Исследователи могут вводить в уравнения дополнительные члены, которые делают материю и энергию более чувствительными к «закрученности» пространства-времени. В обычных условиях, например в пределах Солнечной системы, эти модификации не дают заметного эффекта. Но они могут активизироваться в экстремальных ситуациях — в момент Большого взрыва или в масштабах всей расширяющейся вселенной. Именно там мы и сталкиваемся с неразрешимыми проблемами.
Практические успехи: от теории к числам
Первые обнадеживающие результаты не заставили себя ждать. В 2018 году астрофизик Рафаэль Нунес из Национального института космических исследований Бразилии использовал модифицированную версию телепараллельной гравитации для расчета скорости расширения Вселенной на основе данных о реликтовом излучении. Полученное значение совпало с результатом измерений по сверхновым звездам. Напряжение Хаббла просто исчезло в рамках этой модели.
Сегодня существуют опубликованные модели на базе телепараллельного подхода, которые предлагают решения для всех четырех главных космологических проблем. В их интерпретации нет необходимости придумывать темную материю или темную энергию. Вместо этого у нас появляется иная картина того, как обычная материя реагирует на гравитацию в разных масштабах. Инфляция в таких моделях также возникает естественным образом как следствие состояния ранней Вселенной.
Связь с великим объединением и способы проверки
Возрождение идеи Эйнштейна получило неожиданную поддержку со стороны другой области теоретической физики, также претендующей на звание «теории всего», — теории струн. Эта сложная и спорная теория предполагает, что все фундаментальные частицы и силы есть проявления вибраций крошечных многомерных струн. Ранее в 2025 году группа теоретиков под руководством Себастьяна Бахамонде из Тартуского университета (Эстония) обнаружила, что телепараллельная гравитация содержится в рамках теории струн. Используя математический аппарат струн, они вывели космологическую историю вселенной, основанную на телепараллельной гравитации, и обнаружили, что она воспроизводит ключевые особенности нашего прошлого. Это дало теории новое основание.
Но как проверить телепараллельную гравитацию экспериментально? Это сложнейшая задача, так как существует множество ее версий, и ни один тест не сможет подтвердить или опровергнуть их все сразу. Однако есть один фундаментальный принцип, проверка которого может стать решающей — принцип эквивалентности. Именно он лежит в основе общей теории относительности.
Принцип эквивалентности гласит, что гравитационная масса тела (та, что заставляет его падать) в точности равна его инерционной массе (той, что сопротивляется ускорению). В общей теории относительности этот принцип должен выполняться абсолютно точно. Но физики никогда не находили ему глубокого теоретического объяснения — он просто подтверждается экспериментами с высочайшей точностью.
Одно из следствий принципа — все объекты в вакууме падают с одинаковым ускорением, независимо от их массы и состава. На сегодняшний день этот факт проверен с точностью до одной триллионной. Обнаружение даже малейшего отклонения станет революцией. Оно разрушит общую теория относительности в ее нынешнем виде и станет мощным аргументом в пользу альтернативных теорий, таких как телепараллельная гравитация, где принцип эквивалентности не является строго обязательным.
Уже планируется эксперимент, способный провести такую проверку. Проект «Спутниковой проверки принципа эквивалентности» (STEP) предполагает выведение на орбиту восьми различных тестовых масс, защищенных от всех посторонних воздействий, для сверхточного измерения их реакции на земную гравитацию. Если между поведением масс обнаружится хоть какая-то разница, это станет нарушением принципа эквивалентности — и телепараллельная гравитация будет готова дать этому объяснение.
Post Scriptum
Идея, которую Альберт Эйнштейн отбросил почти столетие назад, переживает второе рождение не как теория всего, а как потенциальный спасательный круг для космологии. Хотя единой и завершенной теории телепараллельной гравитации пока не существует, растущее число исследований показывает, что этот подход способен предложить элегантные решения для самых острых проблем: напряжения Хаббла, природы темной энергии и темной материи. Он выжил после строгой проверки гравитационными волнами и нашел неожиданную связь с теорией струн.
Телепараллельная гравитация возвращает нас к фундаментальному вопросу о природе пространства. Оно не просто пусто и не просто искривлено. Возможно, оно закручено, как гигантский космический водоворот, и мы только начинаем чувствовать его течение. Сам Эйнштейн не дожил до реализации своей мечты об объединении. Но теперь его забытая теория дает новую надежду на то, что мы сможем распутать клубок величайших космологических загадок.
-----
Еще больше интересных постов в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости