8.8 Стандартна космологія з холодною темною матерією та космологічною сталою

Головна ／ Розділ 8: енергетичних філаментів

Мета з трьох кроків
Пояснити, чому стандартна космологія з холодною темною матерією та космологічною сталою довго вважалася базовою рамкою; де вона натрапляє на труднощі у різних спостереженнях і у фізичному обґрунтуванні; а також як Теорія енергетичних філаментів (EFT) замінює тріаду «темні частинки + Λ + метричне розширення» єдиною мовою енергетичного моря та тензорного рельєфу, водночас пропонуючи перевірні міжпробні підказки.

I. Що стверджує чинна парадигма

1. Ключові твердження

• Вихідною точкою є сильний космологічний принцип і фонова геометрія загальної теорії відносності.
• Склад Всесвіту: холодна темна матерія (ХТМ) керує зростанням структур; звичайна матерія випромінює світло небесних тіл; космологічна стала (Λ) зумовлює пізнє прискорення.
• Зв’язок «червоне зміщення – відстань» та космічна еволюція визначаються масштабним фактором (метричне розширення).
• Невеликий набір глобальних параметрів узгоджено описує акустичні піки Космічного мікрохвильового тла (КМТ), наднові типу Ia, баріонні акустичні осциляції (БАО), слабке лінзування та великомасштабну структуру.

2. Чому модель популярна

• Мало параметрів, але сильне зв’язування множин даних.
• Інженерна стабільність: зрілі симуляційні інструменти та аналітичні конвеєри.
• Легко навчати й комунікувати: чітка сюжетна лінія та низькі витрати на пояснення.

3. Як це тлумачити

• Це феноменологічна рамка першого порядку: ані «Λ», ані гіпотетичні «частинки ХТМ» не підтверджені мікроскопічно. Коли точність і охоплення даних зростають, міжпробну узгодженість часто підтримують завдяки зворотним зв’язкам, систематикам або додатковим ступеням вільності.

II. Спостережні труднощі та дискусійні питання

1. «Напруження» близьке–далеке та розбіжність відстань–зростання

• Різні «драбини відстаней» дають систематично відмінні глобальні нахили.
• Фонова картина з відстаневих проб часто слабко напружується з амплітудою/швидкістю зростання, виведеною зі слабкого лінзування, підрахунків скупчень і просторових спотворень у червоному зміщенні.

2. Кризa малих масштабів і «надто рано, надто масивно»

• Кількість супутників, форми профілів густини «ядро–гало» та вкрай компактні карликові галактики зазвичай вимагають сильного зворотного зв’язку й тонкого налаштування.
• Часті масивні та «зрілі» галактики у ранньому Всесвіті ускладнюють пояснення ефективністю.

3. Великикутові аномалії в Космічному мікрохвильовому тлі та конвенція «сили лінзування»

• Узгодження низьких мультиполів, напівсферична асиметрія та «холодна пляма» фіксуються разом.
• Бажана сила лінзування у Космічному мікрохвильовому тлі не завжди збігається з висновками зі слабкого лінзування/метрик зростання.

4. Онтологічність і природність

• Мікроскопічне походження космологічної сталої складно пояснити природно (розрив енергії вакууму, проблема збігу).
• Холодна темна матерія не має беззаперечного лабораторного чи прямого виявлення.

Короткий висновок
Модель чудово працює на першому рівні. Однак, коли разом розглядати залежності від напрямку/середовища, метрики зростання та динаміку малих масштабів, для утримання згоди між пробами потрібно щораз більше «латок».

III. Переформулювання в межах Теорії енергетичних філаментів та помітні для читача зміни

Один речення-підсумок
Теорія енергетичних філаментів замінює «Λ + частинки ХТМ + метричне розширення» однією базовою картою енергетичного моря й тензорного рельєфу:

• Червоне зміщення виникає лише з двох тензорних ефектів: червоного зміщення від тензорного потенціалу (різниця базових рівнів між джерелом і спостерігачем) та еволюційного червоного зміщення вздовж шляху (бездисперсна сумарна зміна частоти під час проходження крізь еволюційний тензорний рельєф).
• Додаткову «тяглову силу» забезпечує Статистична тензорна гравітація (STG), а не риштування з темних частинок.
• Видима «пізня акселерація» походить від повільної еволюції тензорного тла, що проявляється водночас в «обліку» відстаней і рухів (див. підрозділ 8.5).
• Рання скоординованість і «насіння» походять від повільного спуску за високої тензорної інтенсивності та вибіркового «заморожування» у Тензорному тлі (TBN) (див. підрозділи 8.3 і 8.6).

Наглядна аналогія
Уявімо Всесвіт як морську поверхню, що поволі розслабляється:

• Розслаблення згладжує хвилі й ледь підлаштовує цілість (два типи тензорного червоного зміщення).
• Візерунки на поверхні (тензорний рельєф) організують згуртування та розсіяння матерії, забезпечуючи «невидимі рейки» для росту структур (Статистична тензорна гравітація).
• Різні спостереження «читають» різні сторони тієї самої карти тензорного потенціалу.

Три ключові сенси переформулювання

1. Менше сутностей, одна базова карта

• Без «Λ-матерії» і без «частинок ХТМ».
• Та сама карта тензорного потенціалу пояснює відстаневі вимірювання, лінзування, криві обертання та деталі росту структур.

2. Розв’язання пари «відстань–зростання»

• Вигляд відстаней визначається часовою сумою двох тензорних червоних зміщень.
• Вигляд зростання м’яко модифікує Статистична тензорна гравітація.
  → Допускаються малі, прогнозовані відмінності між висновками з відстаней і зі зростання, крім того, наявні «напруження» послаблюються.

3. Замість приховування залишків — їх візуалізація

• Невеликі відхилення, що узгоджені за напрямком і слідують середовищу, не скидаються у «відро похибок», а реєструються як пікселі тензорного рельєфу на тій самій карті.
• Якщо кожному набору даних потрібна «власна латана карта», єдине переформулювання Теорії енергетичних філаментів не підтримується.

Перевірні підказки (приклади)

• Вимога без дисперсії: зсуви в червоному зміщенні рухаються узгоджено у видимому, ближньому інфрачервоному та радіодіапазонах; виразний кольорозалежний дрейф не підтримує еволюційне червоне зміщення вздовж шляху.
• Узгодження переважних напрямків: залишки Габбла для наднових, малі різниці у «лінійці» баріонних акустичних осциляцій, великомасштабна конвергенція слабкого лінзування та низькі мультиполі Космічного мікрохвильового тла показують співнаправлені мікрозсуви.
• Одна карта — багато застосувань: та сама карта тензорного потенціалу водночас зменшує (i) залишки у лінзуванні Космічного мікрохвильового тла та у слабкому лінзуванні; (ii) «підтягування» на зовнішніх дисках кривих обертання та амплітуду слабкого лінзування; (iii) часові затримки у сильному лінзуванні разом зі спорідненими залишками червоного зміщення.
• Слідування середовищу: промені зору, що проходять крізь багатші суперструктури, мають трохи більші відстаневі та лінзувальні залишки; порівняння «півкуля–півкуля» показують субвідсоткові різниці, узгоджені з орієнтацією базової карти.
• Рання «швидка зрілість»: частота компактних масивних галактик за великого червоного зміщення узгоджується з амплітудою й часовим перебігом, виведеними для повільного спуску за високої тензорної інтенсивності.

Зміни, які відчує читач

• На рівні ідей: перехід від «темні частинки + Λ + розтяг простору» до «однієї карти тензорного потенціалу + двох тензорних червоних зміщень + Статистичної тензорної гравітації».
• На рівні методів: не згладжувати залишки, а будувати тензорний рельєф через їх візуалізацію та перевіряти принцип «одна карта — багато проб».
• На рівні очікувань: шукати малі, напрямково узгоджені та середовищезалежні візерунки, а також бездисперсні ознаки, однак не покладатися лише на глобальні параметри, що «зв’язують» усі дані.

Пояснення щодо поширених непорозумінь

• Чи заперечує Теорія енергетичних філаментів успіх стандартної космології? Ні. Вона зберігає головні узгодження з даними, але пояснює причини з меншим числом постулатів і з однією базовою картою.
• Чи тотожна вона «модифікованій гравітації» або MOND? Ні, це інше. Додаткову тяглову силу забезпечує Статистична тензорна гравітація, і основний тест — узгодження різних проб на тій самій карті.
• Без метричного розширення чи відтворюється наближений закон Габбла? Так. Два тензорні червоні зміщення на малих z додаються майже лінійно, тому знайоме співвідношення зберігається.
• Як формується великомасштабна структура без частинок ХТМ? Тензорний рельєф разом зі Статистичною тензорною гравітацією створюють «риштунки» для зростання, зокрема пояснюють масштабування кривих обертання та калібрування лінзування.

Підсумовуючи
Стандартна космологія лишається найуспішнішою нульового порядку: мало параметрів — багато пояснених спостережень. Проте, коли поруч розглядати напрямково/середовищні залишки, діагностику зростання та динаміку малих масштабів, потреба у латках зростає. Теорія енергетичних філаментів пропонує стриманішу онтологію й одну карту тензорного потенціалу:

• Вигляд відстаней випливає з червоного зміщення від тензорного потенціалу та еволюційного червоного зміщення вздовж шляху.
• Додаткову тяглову силу несе Статистична тензорна гравітація.
• Космічне мікрохвильове тло, лінзування, криві обертання та ріст структур узгоджуються за принципом «одна карта — багато проб».

Отже, «стандартна космологія з холодною темною матерією та космологічною сталою» переходить від «єдиного пояснення» до підсумку явищ, який можна уніфікувати та переформулювати, і відчуття її «необхідності» природно слабшає.