Скаляр-тензор-векторная теория гравитации, похоже, не работает

Александр Березин

Астрофизики из Пенсильванского университета (США) и Кембриджского университета (Великобритания) испытали «на прочность» скаляр-тензор-векторную теорию гравитации при помощи цефеид из ближайших к нам 25 галактик местного скопления. Результат плачевный: в рамках точности измерений эффекты, предсказанные теорией, не подтвердились.

Угловое распределение ближайших к нам галактик местного сверхскопления, 25 из которых были проверены на соответствие скаляр-тензор-векторной теории гравитации (здесь и ниже иллюстрации Bhuvnesh Jain, Vinu Vikram, Jeremy Sakstein).

Как все мы помним, в 1998 году астрономы обнаружили, что скорость расширения Вселенной увеличивается. Это наблюдение противоречило «здравому смыслу»: не только на Земле выброшенная взрывом материя постепенно замедляет свой полёт, но и в космосе притяжение должно замедлять разлёт галактик после Большого взрыва. Наблюдающееся ускоренное расширение приведёт со временем к тому, что из поля зрения земных наблюдателей попросту исчезнут все галактики за пределами нашего Сверхскопления. Они пропадут за горизонтом событий.

Астрофизика болезненно восприняла это явление. Первая объясняющая гипотеза — о том, что ускорение разбегания галактик обусловлено давлением тёмной энергии, которая есть космологическая постоянная (энергетическая плотность вакуума), — имеет серьёзную и пока не изжитую слабость. Большинство квантовых теорий поля, основываясь на энергии квантового вакуума, предсказывает громадное значение энергии вакуума (очень большую космологическую константу) — на многие порядки превосходящее допустимое по космологическим представлениям. Если бы всё так и было, галактики разлетались бы намного быстрее, чем мы это наблюдаем.

Одна из альтернатив — обойтись без тёмной энергии. Скаляр-тензор-векторной теорией гравитации предполагается наличие некоего пятого взаимодействия — помимо гравитации, электромагнитного, сильного и слабого. Она многое удачно объясняет: разбегание существует потому, что в больших скоплениях материи, массой более миллионов солнечной, пятое взаимодействие (поле), слишком слабое в немассивных системах, оказывает всё большее расталкивающее воздействие на материю, провоцируя нарастающее разбегание галактик. Поле, разумеется, может варьироваться в пространстве. Теория также эффективно расправляется с отклонениями, наблюдаемыми астрономами при гравитационном микролинзировании.

Итак, Бхувнеш Джейн (Bhuvnesh Jain), Вину Викрам (Vinu Vikram) и Джереми Сакстейн (Jeremy Sakstein, Кембридж) взяли накопленные данные по 25 ближайшим галактикам, находящимся на удалении не более 10 Мпк и содержащим различимые цефеиды, которые периодически меняют свою яркость, причём с постоянным периодом. Благодаря этому можно точно вычислить расстояние до них и, соответственно, определить, существует ли разница скорости разбегания различных галактик. Если скаляр-тензор-векторная теория гравитации верна, то поле будет иметь разную интенсивность в разных местах, и это означает, что давление, заставляющее галактики «разбегаться», там тоже будет разное. Следовательно, различной окажется скорость «убегания» галактик от земного наблюдателя. Цефеиды также меняют свою светимость в зависимости от изменения баланса гравитации и давления. Если некое пятое взаимодействие наличествует, то оно хотя бы в малой степени повлияет на гравитацию — а значит, сократятся периоды изменения светимости цефеид.

На сей раз цефеиды (в зелёных рамках) послужили астрономам для проверки альтернативных гипотез гравитации.

Но учёные не нашли никаких признаков вариации такого поля: во всех исследованных 25 галактиках цефеиды вели себя так, как будто никакого пятого взаимодействия нет. Это означает, что при существующих средствах наблюдения подтвердить вторую гипотезу не удалось, и физика по-прежнему стоит перед вопросом несовместимости рассчитанных вариантов космологической постоянной и наблюдаемой скорости расширения Вселенной.

Всё это означает, что теория относительности в отношении гравитации везде (в исследованном секторе) верна, а гравитация работает так, как ей положено. Впрочем, авторы оговаривают, что при появлении исходных данных более высокой точности вероятность обнаружения девиаций в окружающей нас группе галактик сохраняется, но сами они оценивают возможность такого сценария не выше 5%.

Что ж, одной экзотической теорией меньше. Вот только что делать с космологической постоянной?..

Подготовлено по материалам arXiv.

Вернуться назад