Главная Новости К обобщенной версии теории относительности Эйнштейна

Нейтронные звезды и модель теории относительности

Темная энергия занимает центральное место в современной космологии. Мы знаем, что Вселенная расширяется с постоянно увеличивающейся скоростью, и самое ясное объяснение заключается в том, что это происходит за счет какой-то энергии, передает Альтернативная наука.

Темная энергия и космологическая постоянная

Поскольку эта энергия не излучает свет, мы называем ее темной. Но просто дать название физическому явлению еще не означает найти логичное объяснение. Мы строим догадки об эффектах, спровоцированных темной энергией, хотя ее фундаментальная природа, возможно, является самой большой научной загадкой.

Наиболее популярная идея заключается в том, что она представляет собой пространство-время, проявляемое неизвестным нам способом.

Конечно, в общую теорию относительности Эйнштейна можно включить любой дополнительный элемент. Например, космологическую постоянную, реально не существующую в природе. Тем более что Вселенная может расширяться и без космологической постоянной, - данный элемент необходим только ради доказательства астрономических наблюдений, наблюдений исключительно при помощи электромагнитных приборов. Что, в свою очередь, гарантирует технологическое доказательство общей теории относительности.

И хотя космологическая постоянная очень хорошо согласуется с наблюдениями, эта идея не лишена проблем.

Прежде всего - мы не можем точно определить ее значение. Когда астрономы или физики пытаются измерить константу различными методами, они получают диаметрально разные значения. А это противоречит практике наблюдений, так как подвергает сомнению точность наших наблюдений.

То есть либо имеется какая-то систематическая ошибка, которую мы не обнаружили, либо космологическая постоянная не совсем постоянная и работает не так, как мы думаем. А это означает, что общая теория относительности не совсем верна.

Какова же альтернатива?

Наиболее известная альтернативная теория — гипотеза Бранса-Дикке. Теория очень похожа на версию Альберта Эйнштейна, поскольку в обеих моделях пространство-время и материя подчиняются специальной теории относительности, а пространство-время описывается тензорным полем и принципом эквивалентности. По сути, любое решение ОТО также является решением теории Бранса-Дикке.

Принцип эквивалентности доказан, но есть еще скалярное поле

Но существует различие. Так, если модель Эйнштейна описывает гравитацию исключительно через метрику пространства-времени, то в гипотезе Бранса-Дикке присутствует еще и скалярное поле. Получается, эффекты гравитации описываются как скалярным полем, так и тензорной метрикой.

Поскольку эта скалярно-тензорная модель в некотором смысле является обобщением модели Эйнштейна, для правильного описания видимой Вселенной можно использовать любую из моделей.

 

Конечно, если вам не нужно дополнительное описание гравитации, зачем изобретать скалярное поле? Теория не популярна — с темной энергией куда легче и привычнее.

Однако если мы задаемся целью найти альтернативу космологической постоянной, то не обойдемся без тензорных уравнений и скалярного поля. Хотя бы потому, что «вдруг» появляется степень свободы, которая и поясняет темную энергию.

Поскольку скалярное поле не является константой, темная энергия (может) меняться как в пространстве, так и во времени, что объясняет невозможность ее измерения «стандартными» методами.

Проблема в доказуемости теории. Если проведут эксперимент, доказывающий, что Эйнштейн не прав, а теория Бранса-Дика верна, тогда наше понимание вселенной, мягко говоря, будет скорректировано.

Но как это сделать? Самый простой вариант — по-иному взглянуть на столкновение нейтронных звезд.

Для начала - создать симуляцию, которая работает. Сравнивая столкновения нейтронных звезд в теории Бранса-Дикке с общей теорией относительности, можно посмотреть, существуют ли ключевые различия в сигналах гравитационных волн.

Такие различия слишком малы для наблюдения с помощью современных гравитационно-волновых телескопов, но следующее поколение обсерваторий предположительно различит предлагаемые модели.

В настоящее время ОТО и теория Бранса-Дика одинаково хорошо согласуются с нашими наблюдениями.

Основная причина популярности ОТО заключается в том, что она проще и в некотором смысле элегантнее. Но простота и элегантность не всегда делают модель правильной.

В конце концов, время и пространство продемонстрируют это.