Взяв для основы черные дыры как реально существующие объекты, ученые из Уральского федерального университета, Екатеринбург, выяснили, что одна из основных теорий гравитации, которая, как казалось ранее, работает отлично на космологическом уровне, совершенно неприменима к окружающему нас реальному миру. Данное открытие является прямым следствием факта регистрации в 2015 году гравитационных волн, за что в 2017 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Как мы уже рассказывали ранее, одним из аспектов данного открытия является то, что черные дыры являются не гипотетическими, а реально существующими космическими объектами.
Несмотря на полученные доказательства факта существования черных дыр, подтверждающие некоторые из аспектов Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, у ученых уже накопилось достаточно других предпосылок, требующих серьезного пересмотра этой теории. Среди этих предпосылок находится ускоряющееся расширение Вселенной, наличие темной материи и отсутствие возможности нормально описать силу гравитации. Все виды фундаментальных взаимодействий, исключая гравитацию, уже описаны на квантовом уровне. И это указывает на то, что ОТО и другие теории гравитации являются далеко не окончательными теориями гравитации, а только лишь близкими к истинному положению дел, как в свое время обстояло дело с теорией гравитации Ньютона. И сейчас ученые, специализирующиеся в области теоретической физики, постоянно формулируют новые и дорабатывают существующие теории, а физики-практики проверяют эти теории и модели, сопоставляя их с данными практических наблюдений.
Основополагающим пунктом большинства существующих расширенных теорий гравитации является то, что гравитационная постоянная, одна из главных физических величин в нашем мире, не является константой на самом деле, ее значения в различных областях Вселенной могут немного отличаться друг от друга. При этом, изменения значения гравитационной постоянной могут происходить не только в связи с изменением положения, но и с течением времени. Получается, что гравитация имеет скалярную природу, т.е. одно значение постоянной истинно только для одной точки пространства. В настоящее время количество подобных “скалярных” теорий достаточно велико и некоторые из них рассматриваются в качестве перспективных кандидатов для расширения Общей теории относительности.
Дарья Третьякова, ученая из Уральского федерального университета, работая совместно с коллегами из Токийского университета, исследовала несколько из однотипных теорий гравитации “скалярного типа”, основной из которых является теория Хорндеского (Horndeski theory). Эта теория дает обобщенное определение скалярного гравитационного поля, в ней отсутствуют всякого рода нестабильности, необычные параметры материи, отрицательная или мнимая масса, к примеру, и т.п. Другими словами, эта теория основана только на “здоровой” физике.
В космологическом масштабе, на котором всю Вселенную можно рассматривать как единый объект, существует подкласс моделей Хорндеского, которые симметричны относительно изменений скалярных гравитационных областей в пространстве и времени. Эти модели помогли в свое время ученым описать процесс ускоряющегося расширения Вселенной без необходимости использования дополнительных теорий. И, естественно, эти модели являются главными кандидатами на скрупулезную и всестороннюю проверку. Российские и японские ученые перенесли модели Хорндеского на меньший астрофизический масштаб, масштаб, соответствующий уровню отдельных объектов Вселенной, и выяснили, что реальные черные дыры в этих моделях являются весьма нестабильными образованиями.
Из этого следует то, что нынешние модели Хорндеского не очень подходят для описания реальной Вселенной, так как черные дыры являются стабильными космическими объектами, успешно существующими и растущими в течение очень длительных промежутков времени. Ситуация, однако, является не безнадежной, некоторые ученые уже предлагают новые принципы построения моделей Хорндеского, которые будут гарантировать стабильность черных дыр.
И в заключение следует отметить, что работа российских и японских физиков является очередным шагом на долгом пути создания новой теории гравитации, которая будет полностью соответствовать всем требованиям современной физики. А в ближайшем времени эти ученые планирую начать проверку новых моделей Хорндеского при помощи ряда стандартных тестов, проверяя их соответствие на космологическом и астрофизическом масштабах.