Физики РУДН математически описали ускоренное расширение Вселенной в рамках многомерной теории

В 1998-99 годах физики Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс с коллегами обнаружили ускоренное расширение Вселенной, и получили за это Нобелевскую премию 2011 года. Для объяснения этого открытия и ряда других данных ученые создали теоретическую Лямбда-CDM модель, оперирующую понятиями темной энергии и темной материи. На сегодняшний день она дает наиболее реальное и простое объяснение ускоренного расширения Вселенной. На базе этой модели без темной материи со слагаемым Гаусса-Бонне физики РУДН смогли исследовать и найти примеры решений полученных математических уравнений, которые согласуются с экспериментальными данными.

Исследователи РУДН нашли множество решений уравнений, описывающих экпоненциальное расширение нашей Вселенной и анизотропную – не зависящую от направления – динамику «внутреннего» подпространства. Для этого авторы использовали (n+1)-мерное пространство-время: оно содержит n пространственных и 1 временное измерение. Также ученые ввели математические параметры: две размерные константы связи и лямбда-член многомерной теории – постоянные величины, которые создают физические параметры 4-мерной теории и описывают ускоренное расширение Вселенной.

В результате ученые РУДН свели задачу к алгебраическому уравнению четвертой степени. Изменяя глобальные параметры системы, они нашли все случаи существования вещественных корней этого уравнения. В частности, найдены ограничения на величину параметра лямбда, которые гарантируют существование решений.

Работа исследователей проходила в несколько этапов. В начале ученые РУДН получили систему из трех уравнений четвертой степени в заданной математической модели. Затем, они свели полученную систему к уравнению четвертой степени на нахождение безразмерного параметра. На втором этапе физики исследовали существование решений этого уравнения при различных значениях исходного лямбда-члена. На третьем этапе ученые рассмотрели устойчивость полученных решений, используя результаты своих более ранних работ. Затем физики РУДН исследовали подкласс решений с достаточно малым изменением эффективной гравитационной постоянной – физической «постоянной», определяющей силу гравитационного взаимодействия в нашем мире. Они доказали устойчивость решений из данного подкласса.

«С физической точки зрения, найдены многомерные космологические модели, в которых описывается ускоренное расширение 3-мерного подпространства и достаточно малое значение вариации эффективной гравитационной постоянной G, которое удовлетворяет современным наблюдательным ограничениям. В том числе оно удовлетворяет наиболее жестким ограничениям, которые получили наши коллеги из Пулковской обсерватории по совокупности эфемерид, то есть по наблюдениям движения небесных тел – например, планет и спутников», – говорит Владимир Иващук, один из авторов работы, доктор физико-математических наук, профессор Учебно-научного института гравитации и космологии РУДН.