Ускоренное расширение Вселенной может обойтись без тёмной энергии

Темная энергия может оказаться иллюзией: что скрывает геометрия Финслера

Вселенная расширяется. И делает это быстрее с каждым днем. Факт, от которого физики чешут затылок уже двадцать лет. Чтобы спасти общую теорию относительности (ОТО), пришлось придумать темную энергию — невидимую субстанцию, которая расталкивает галактики. Но работает это примерно как «а здесь мы допишем волшебную постоянную». Искусственно, некрасиво. А что, если проблема не в недостающей энергии, а в том, как мы описываем саму материю?

Новое исследование (статья на arxiv, 2025) предлагает другой путь. Без темной энергии. И выглядит это чертовски элегантно.

Где прячется ошибка: идеальная жидкость против реального газа

Когда космологи моделируют Вселенную в больших масштабах, они делают сильное упрощение. Всю материю — звезды, газ, пыль — представляют как «идеальную жидкость». Это удобно. Но Вселенная — не жидкость. Это гигантский поток из миллиардов частиц, каждая со своей скоростью и траекторией. Настоящий кинетический газ.

Чтобы описать его полностью, нужна одночастичная функция распределения (1PDF) — подробная карта, где записано всё: кто куда и с какой скоростью летит. Так вот, уравнения Эйнштейна берут из этой карты лишь усредненные значения — плотность и давление. Всё остальное (третий, четвертый, пятый моменты распределения) просто выбрасывают за борт. Почему гравитация должна видеть только «среднее по больнице»? Этот вопрос и задали авторы работы.

«Мы десятилетиями искали темную энергию во всех мыслимых экспериментах. А она, возможно, сидела прямо в тех деталях, которые мы договорились игнорировать», — это не цитата из статьи, а мое резюме. Но суть именно такова.

Как заставить гравитацию видеть больше: геометрия Финслера

Для того чтобы гравитация «увидела» полную кинетическую информацию, нужен более общий математический язык. Его даёт геометрия Финслера. В привычной римановой геометрии (на которой стоит ОТО) свойства пространства-времени одинаковы во всех направлениях. В геометрии Финслера они зависят ещё и от скорости и направления движения. Звучит сложно, но суть простая: мы вводим зависимость от того, как именно частица движется через точку.

Используя этот аппарат, исследователи вывели новое уравнение эволюции Вселенной — уравнение Финслера-Фридмана. Оно связывает геометрию не с усредненной плотностью, а со всей функцией 1PDF. И тут начинается самое интересное.

«Бесплатное» расширение: вакуум больше не скучает

Авторы взяли простейший случай — Вселенную без материи, чистый вакуум. В стандартной ОТО пустое пространство статично (если не вводить космологическую постоянную). А в новой модели оно начинает расширяться само по себе. Экспоненциально. Без всякой темной энергии.

Это чисто геометрический эффект. Дополнительные степени свободы Финслерова пространства сами порождают ускоренное расширение. Получается, энергия, за которой мы гоняемся, — не отдельная субстанция. Она была спрятана в тех самых деталях кинетики частиц, которые мы не учитывали. Как человек, который ищет очки, а они у него на носу.

Личное наблюдение автора: Недавно я смотрел запись доклада одного из авторов работы, Кристиана Пфайфера. Он показал слайд, где сравниваются «световые конусы» двух моделей. При малых скоростях — полное совпадение. Но как только скорость приближается к световой — конусы начинают расходиться. Вот где собака зарыта. И это можно проверить.

Сравнение моделей: стандартная vs Финслерова

Практический итог: что это меняет для нас?

Пока — почти ничего. Для планет, звезд и людей, движущихся медленно, обе модели дают одинаковые результаты. Разница проявится на околосветовых скоростях. Ученые могут проверить это по тонким эффектам в распространении света от далеких сверхновых или в гравитационных волнах. Если наблюдения совпадут с новыми предсказаниями, темную энергию придется отправить в архив.

Но это не означает, что всё решено. Пока модель протестирована только для вакуума. Следующий шаг — добавить реальную материю и посмотреть, опишет ли она наблюдаемые данные так же хорошо, как стандартная модель. Однако сам подход — заставить гравитацию учитывать больше информации о материи — открывает совершенно новое направление.

Резюме от автора

Темная энергия не отменена. Но она впервые получила серьезного конкурента, который не выглядит притянутым за уши. Если геометрия Финслера подтвердится, мы перестанем гадать, из чего состоит 70% Вселенной. Окажется, что мы просто неправильно считали. И это, пожалуй, лучший сценарий — когда ответ уже есть в уравнениях, мы просто не умели их правильно читать.