Расширение Вселенной и то, что она расширяется с ускорением — факт, который давно вошел в учебники. Но теперь выясняется, что сила, которая расталкивает галактики и отвечает за это расширение, может слабеть. Если это подтвердят, привычная картина мира изменится. А вместе с ней вернется разговор о циклической Вселенной и скрытых измерениях, которые до сих пор считали лишь гипотезой.
Обычно новости из мира большой науки звучат скучновато: ученые уточнили параметры, исследователи подтвердили гипотезу. Но сейчас происходит нечто иное. Физики в прямом смысле слова чешут затылок. Данные, которые они получили, ставят под сомнение самую успешную модель мироздания — стандартную космологическую модель, которую ученые называют лямбда-CDM.
Главный герой этой истории — инструмент DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument). Это целый комплекс телескопов, который создает самую подробную трехмерную карту Вселенной. Ученые надеялись с его помощью уточнить параметры расширения. Если коротко, то стандартная модель описывает Вселенную, состоящую из обычной материи, холодной темной материи и темной энергии. Последняя работает как некая антигравитация и, как считалось, представляет собой космологическую постоянную — жесткую цифру в уравнениях Эйнштейна.
Но год назад космологи получили неожиданный результат: похоже, влияние темной энергии со временем ослабевает. Представьте, что вы надуваете воздушный шарик. Сначала он раздувается очень быстро, а потом темп начинает спадать. Нечто подобное, судя по всему, происходит и с нашей Вселенной.
Если темная энергия действительно слабеет, это открывает дорогу гипотезам, которые раньше считались маловероятным. Ведь для физиков это означает, что мы имеем дело не с константой, а с неким полем, которое эволюционирует. А такое поведение требует совершенно иных объяснений, вплоть до пересмотра структуры пространства-времени.
Один из главных критиков стандартной модели — физик Пол Стейнхардт из Принстонского университета. Он давно предлагает альтернативу: циклическую Вселенную. По его мнению, наш мир не возник из ничего в результате Большого взрыва и не расширяется вечно. Он живет циклами: расширяется, сжимается и начинается заново. Звучит как научная фантастика, но у этой гипотезы есть строгое математическое обоснование.
Проблема в том, что для работы такой модели темная энергия обязана меняться. Она не может быть постоянной. Сначала она должна замедлить расширение, потом остановить его, а затем заставить Вселенную сжиматься. Стейнхардт консервативен и терпелив, но новые данные вселяют в него оптимизм. Он не говорит, что DESI доказал правоту циклической модели. Возможно, темная энергия просто ослабнет немного и на этом все. Но тот факт, что ускорение расширения действительно замедляется, идеально ложится в его гипотезу.
Но есть и еще более смелая гипотеза. В 1980-х годах мир физики захлестнула волна энтузиазма по поводу теории струн. Эта теория утверждает, что все элементарные частицы — это не точки, а крошечные вибрирующие струны. Чтобы математика сошлась, теория требует существования дополнительных измерений пространства, которые свернуты в крошечные трубочки и незаметны для нас. Долгие годы теорию струн критиковали за отсутствие предсказаний, которые можно проверить экспериментально. Особенно сложно у струнных теоретиков шли дела с темной энергией.
Физик Кумрун Вафа из Гарварда и его коллеги не сдавались. Они разработали концепцию «болота» — набор правил, отделяющих возможные теории квантовой гравитации от невозможных. Еще несколько лет назад, в 2018 и 2019 годах, Вафа и его команда предположили, что темная энергия не может быть константой. По их расчетам выходило, что пространство-время может содержать большое дополнительное измерение. Размер этого измерения может достигать микрометра, и он медленно меняется с течением космического времени.
В 2022 году они предложили конкретную модель. Когда геометрия этого скрытого измерения меняется, меняется и количество энергии в наблюдаемой нами Вселенной. Со стороны это выглядит именно как ослабевающая темная энергия. Вафа говорит, что с точки зрения теории струн в этом нет ничего экзотического: просто скрытое измерение меняет свои размеры, а темная энергия и темная материя реагируют на это.
Когда в 2025 году ученые опубликовали данные DESI, Вафа и его коллеги проанализировали их вместе с другими космологическими данными за 2025 год. Результат оказался поразительным: их модель с меняющимся скрытым измерением подходит под наблюдения гораздо лучше, чем стандартная модель с неизменной темной энергией. И работает она так же хорошо, как и лучшие конкурирующие модели, которые просто допускают эволюцию темной энергии без всяких объяснений. Главное преимущество подхода Вафы — наличие физического механизма. Он объясняет, почему темная энергия ведет себя именно так. «Мы придумали эту модель годы назад, — говорит Вафа. — Теперь мы это наблюдаем, и всё выглядит именно так, как мы ожидали».
Конечно, радоваться рано. Статистическая значимость данных DESI пока не дотягивает до уровня полноценного открытия. Она сильно зависит от того, с какими именно наборами данных мы комбинируем результаты инструмента. Кроме того, существуют и другие, «не струнные» модели, которые не требуют привлечения скрытых измерений, но при этом точно так же хорошо описывают наблюдения.
Некоторые космологи, как Педро Феррейра из Оксфордского университета, настроены скептически. Он считает, что темная энергия работает на определенных масштабах, и мы можем обсуждать только их. А копать вглубь, на квантовый уровень, по его мнению, пока рано и просто невозможно.
Но другие, например Майк Тернер из Чикагского университета, видят в этом огромный потенциал. Если данные DESI подтвердятся и ослабление темной энергии станет доказанным фактом, это будет не просто космологическое открытие. Это будет первый мостик между космологией и квантовой физикой, первый взгляд на глубинную структуру пространства-времени. Тернер называет работу Кумруна Вафы самым интересным, что он видел за последнее время. По его словам, мы копаемся в фундаментальных вещах, и побочные эффекты этого могут быть колоссальными.
Post Scriptum
Чтобы теория струн получила реальное подтверждение, Вафе и его коллегам предстоит построить более точную модель. Она должна давать уникальные предсказания, которые отличаются от предсказаний конкурентов. И такие наработки уже есть.
Рамки теории уже сейчас намекают на дополнительные проверяемые сигналы. Среди них — изменения в поведении темной материи, которые не вписываются в стандартную картину, а также отклонения от общей теории относительности на масштабах в несколько микрометров. Если мы научимся ловить эти сигналы, мы, возможно, наконец-то увидим то, что было скрыто от нас миллиарды лет — настоящую структуру реальности, в которой живут и пульсируют дополнительные измерения.
-----
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