Меняются ли природные константы — числа, определяющие поведение объектов, например, скорость света, — с течением времени по мере расширения Вселенной? Устает ли свет, преодолевая огромные космические расстояния? Считалось, что темная материя и темная энергия объясняют эти космологические явления, но недавние исследования показывают, что наша вселенная расширялась без участия темной материи или темной энергии.
Отказ от темной материи и темной энергии решает "невозможную проблему ранних галактик", возникающую при попытке объяснить существование галактик, которые не соответствуют ожиданиям относительно размера и возраста. Возможно найти альтернативу темной материи и энергии, которая соответствовала бы существующим космологическим наблюдениям, включая распределение галактик.
Темная материя - это гипотетическая форма материи, которая не взаимодействует с обычной материей никаким образом, кроме как посредством гравитации. Это было предложено как теоретический способ объяснить наши астрофизические и космологические наблюдения. Обычная материя может проходить сквозь темную материю без какого-либо сопротивления, и наоборот.
В космосе гравитационное притяжение определяет скорость, с которой объект движется по орбите. Более высокая скорость, чем ожидалось от окружающих объектов, вращающихся по орбите, объясняется существованием и гравитационным притяжением темной материи.
Гравитационное притяжение темной материи также может искривлять световые лучи, вызывая эффект гравитационного линзирования, как и у обычной материи. Это позволяет измерить содержание темной материи в объекте, вызывающем искривление, например, в галактиках и скоплениях галактик.
Наиболее убедительным подтверждением существования темной материи являются крошечные изменения, наблюдаемые в фоновом космическом микроволновом излучении (остаточном излучении от большого взрыва), измеряемые со все более высокой точностью.
Другим аргументом в пользу существования темной материи является то, что крупномасштабные структуры Вселенной, такие как галактики, не смогли бы сформироваться без темной материи в течение ограниченного возраста Вселенной.
Альтернативные теории
Существуют альтернативы темной материи, которые объясняют многие астрофизические наблюдения. Самой старой и популярной теорией является модифицированная ньютоновская динамика (MoND), которая предполагает, что ньютоновский закон обратного квадрата силы гравитационного притяжения является упрощенной версией полной силы, которая становится ощутимой только на очень больших расстояниях, когда ньютоновская сила становится пренебрежимо малой.
Другой альтернативой является версия MoND, которая включает релятивистские эффекты Эйнштейна и объясняет наблюдения, в которых возможности MoND ограничены, например, космическое микроволновое фоновое излучение. Кроме того, существует предложенная теория замедленной гравитации, которая также утверждает, что соответствует таким наблюдениям.
Астрономы с удивлением узнают, что многие наблюдения показывают полное отсутствие темной материи или структур с дефицитом темной материи. Это заставляет усомниться в ее существовании.
Затем необходимо найти объяснение тому, что могло создать проблему, например, приливные силы, возникающие при прохождении близлежащих галактик, уносящих темную материю. Недавно было установлено, что даже масса Млечного Пути намного меньше, чем ожидалось космологами.
Существует ли темная материя?
Недавние открытия ставят под сомнение существование темной материи. Несмотря на обширные исследования и миллиардные инвестиции, прямого обнаружения какой-либо темной материи не было.
Теория темной энергии отрицает гравитационное притяжение материи, заставляя Вселенную расширяться быстрее со временем, как это наблюдалось ранее. Взаимосвязанные изменения природных констант, получившие название констант ковариационной связи (CCC), достигают того же эффекта, ослабляя гравитационное притяжение и другие силы природы со временем, устраняя необходимость в темной энергии.
В сочетании с эффектом усталого света (TL), который утверждает, что свет замедляется в результате потери энергии, в такой космологической модели нет места для темной материи. Подход CCC также может заменить постоянную, подобную темной энергии, которая считается ответственной за чрезвычайно быстрое расширение Вселенной после Большого взрыва, называемое инфляцией.
Возраст Вселенной определяется на основе исторической скорости расширения Вселенной и может варьироваться в зависимости от модели, используемой для определения расширения. Измерение красного смещения взрывающихся звезд, называемых сверхновыми типа 1а, и их наблюдаемой яркости может определить скорость расширения.
Красное смещение - это понижение частот спектральных линий в зависимости от скорости движения излучающего объекта, аналогичное частоте удаляющейся сирены скорой помощи. Позволяя красному смещению, вызванному эффектом ослабленного света, сосуществовать с расширяющимся красным смещением, скорость расширения Вселенной уменьшается, а ее возраст увеличивается.
Эта новая модель предсказывает, что Вселенная старше, чем мы думаем, — 26,7 миллиарда лет в космологии ССС по сравнению с 13,8 миллиардами в стандартной космологии — и позволяет галактикам и их скоплениям формироваться без темной материи. В новой модели увеличение возраста Вселенной в ранние времена, когда начали формироваться структуры, было в 100 раз больше.
Отсутствие темной материи, которое уменьшает силу притяжения и увеличивает время, необходимое для коллапсирования вещества с образованием структур, в значительной степени компенсируется увеличением возраста в модели ССС.
Замедление времени
Расширение Вселенной приводит к замедлению хода времени при наблюдении за удаленными галактиками. Модель CCC+TL согласуется с наблюдениями, показывающими эффект замедления времени, который, по-видимому, замедляет ход часов в удаленных объектах.
Возникающие критические замечания в адрес модели CCC+TL основаны на ошибочных гипотезах, таких как недостатки, связанные с концепцией усталого света, или некорректных анализах, включая анализ фоновых температур космического микроволнового излучения по красному смещению. Единственный свободный параметр в космологии CCC определяет изменение всех констант, которые асимптотически приближаются к своим соответствующим постоянным значениям. Как и в стандартной космологии, в космологии CCC есть только два свободных параметра. Добавление усталого света к CCC не требует какого-либо дополнительного свободного параметра.
Стандартная космологическая модель требует, чтобы темная материя соответствовала наблюдениям, например, учитывала красное смещение при измерении яркости сверхновых. Темная материя также используется для объяснения физических процессов, таких как кривые вращения галактик, скопления галактик или гравитационное линзирование. Использование космологии CCC+TL означает, что мы должны серьезно рассмотреть альтернативные физические процессы для объяснения астрофизических наблюдений, которые ранее приписывались темной материи.
