Физики предложили отменить фундаментальные законы сохранения энергии и импульса

Предполагается, что это позволит решить проблему тёмной энергии, до сих пор не имеющую общепризнанного научного объяснения.

Три физика-теоретика из Франции и Мексики предположили, что в нашей Вселенной действует так называемая унимодулярная гравитация — ранний вариант гравитации, некогда предложенный Альбертом Эйнштейном и позднее отвергнутый из-за того, что при нём не работают законы сохранения энергии и импульса. О новой гипотезе пишет новостной раздел сайта Science.

В современной физике существует большая и трудноразрешимая проблема, известная как проблема космологической постоянной. С конца 90-х годов стало известно, что Вселенная расширяется с ускорением. Это довольно неприятный факт, поскольку достоверно известные физике силы не могут обеспечить её расширения с ускорением. В теории, кандидатом на эту роль, силой, "расталкивающей" Вселенную, могло бы стать влияние физического вакуума. По современным представлениям, в пустоте постоянно возникают и почти сразу же исчезают частицы (нулевая энергия вакуума).

Влияние так называемой нулевой энергии на метрику пространства-времени, в теории, лучше всего подходит на роль космологической постоянной — по расчётам, оно должно заставлять Вселенную расширяться с ускорением. Однако из уравнений теории относительности величина такой постоянной получается на 120 порядков больше, чем реальная космологическая постоянная, полученная по данным астрономов, измеривших скорость расширения Вселенной . Это создаёт огромную теоретическую проблему. Неизвестно, почему космологическая постоянная, вопреки расчётам, настолько мала.

Чтобы решить её, три теоретика предложили принять за действующую модель гравитации во Вселенной унимодулярную гравитацию. В принятой сейчас модели гравитации уравнения, описывающие физические явления в различных системах координат, должны иметь строго одинаковую форму. Унимодулярная гравитация требует этого в меньшей степени, чем принятая сегодня модель. При этом она также не требует строгого соблюдения закона сохранения энергии и закона сохранения импульса. Благодаря тому что энергия не сохраняется, авторы получают наблюдаемую слабую космологическую постоянную просто за счёт того, что со временем энергия из Вселенной исчезает, попутно уменьшая космологическую константу. В таком варианте предсказания общей теории относительности сходятся с наблюдаемой космологической константой.

Предложенная идея довольно остроумна и уже привлекла внимание теоретиков по всему миру. В частности, известный физик Ли Смолин находит её весьма многообещающей, поскольку она может примирить наблюдаемое расхождение между квантовомеханическими явлениями и наблюдаемой космологией Вселенной. Однако далеко не все относятся к новой идее так же хорошо. Во-первых, она одновременно сообщает о несоблюдении законов сохранения энергии и импульса. Первое само по себе не новость: факт ускоряющегося расширения Вселенной в ряде популярных физических моделей тоже не объяснить без нарушения закона сохранения энергии. Но закон сохранения импульса до сих пор в общепринятых физических теориях не нарушался. Многие физики будут рассматривать такое нарушение как сомнительное, с порога снижающее доверие к любой теории.

Во-вторых, новую гипотезу довольно трудно проверить. По ней получается, что нарушение закона сохранения энергии и импульса очень слабое — в экспериментах, поставленных на Земле, зарегистрировать "утечку" не выйдет. Она может стать заметной лишь через миллиарды лет и на огромных масштабах (во Вселенной в целом). Практически непроверяемые теории традиционно не пользуются любовью в среде физиков. Дело в том, что их можно создать довольно много (так и было в теории струн, например), но выяснить, какая именно верна, нельзя, что с точки зрения научного знания неприемлемо.

В-третьих, как отмечает Антонио Падийя ( Antonio Padilla ) из Ноттингемского университета, даже в модели с несохранением энергии во Вселенной всё равно надо начинать расчёты с каким-то малым значением космологической постоянной — причём новая гипотеза это малое значение опять не объясняет. Конечно, это не первый случай в физике — скорость света также не имеет какого-то объяснения и не из чего не выводится. Поэтому её просто берут за константу, не пытаясь понять, откуда взялось её конкретное значение в примерно 300 000 километров в секунду . Однако переход к унимодулярной модели гравитации — довольно крупный шаг для физики, и предпринимать его, не дав попутно объяснений природе космологической постоянной, психологически будет очень трудно.

Впрочем, такой переход — не единственное возможное решение проблемы тёмной энергии. Как уже отмечал Лайф, существуют и более тривиальные теории российских физиков, объясняющих ускоренное расширение Вселенной без тёмной энергии, без каких-либо модификаций общей теории относительности, принятой модели гравитации, а равно и без отмены закона сохранения энергии и импульса.