Самая сложная математическая модель прольет свет на загадки темной энергии и ее влияния на процесс расширения Вселенной - «Наука и технологии»

Известно, что наша Вселенная постоянно расширяется. В результате этого в ней происходят процессы образования, разделения и слияния структур различных масштабов. И эти сложнейшие процессы стали основой новой масштабной математической модели, созданной физиками из Женевского университета (University of Geneva, UNIGE), расчеты которой позволят пролить свет на загадки темной энергии и ее влияния на Вселенную. Базой этой модели являются уравнения Эйнштейна, это позволило объединить в единое целое вращение пространственно-временного континуума, его локальные возмущения и рассчитать амплитуду гравитационных волн, существование которых было подтверждено совсем недавно при помощи датчиков эксперимента LIGO.

До последнего времени ученые-физики пытались описывать явления, затрагивающие масштабные космологические структуры, числовыми методами на основе универсального закона гравитации Исаака Ньютона. Эти законы определяют, что гравитационные взаимодействия зависят только от расстояний и массы, они абсолютно статичны с точки зрения времени. Такие математические модели дают достаточно точные результаты в случае очень медленного, не более 300 километров в секунду, движения масс материи во Вселенной. Однако, не все во Вселенной движется с такой относительно низкой скоростью. Вселенная полна частицами, летящими на околосветовых скоростях, на долю которых приходится значимая часть массы, и явления, в которых задействованы эти частицы описываются вышеупомянутыми моделями с весьма и весьма приблизительной точностью.

Более того, Ньютоновская теория гравитации не учитывает и не описывает колебаний темной энергии, на долю которой приходится около 70 процентов от всей суммарной энергии Вселенной. Именно эта темная энергия является причиной ускорения процесса расширения Вселенной и для получения более точных и подробных данных уже требуются новые подходы к моделированию космологических структур, в которых совмещаются традиционная теория гравитации и ее "темная составляющая".

Группа из UNIGE создала код программного моделирования "GEvolution", в основе которого лежат постулаты Общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Эта теория рассматривает пространственно-временной континуум как динамическую структуру, которая постоянно изменяется в отличие от статического пространства теории Ньютона. А целью создания этой модели являются вычисления амплитуды гравитационных волн и определение их влияния на перемещающиеся во Вселенной структуры.

Разработанная математическая модель состоит из 60 миллиардов "зон", каждая из которых является частью галактики или другого космического объекта и которая движется относительно других "частичек". Главной частью модели является библиотека LATfield2, разработанная Дэвидом Даверио (David Daverio), которая позволяет находить решения сложнейших систем нелинейных уравнений. Используя ресурсы суперкомпьютера из центра Swiss Supercomputer Center в Лугано, исследователи смогли изучить динамику движения "частиц" модели и вычислить метрики (меры расстояний и времени между двумя галактиками) при помощи решений уравнений Эйнштейна.

Полученные массивы данных позволили определить количественные различия между результатами моделирования при помощи системы "GEvolution" и других систем, оперирующих только понятиями гравитации Ньютона. И эти количественные различия очень хорошо вписываются в рамки некоторых наблюдаемых явлений, определяющих возникновение гравитационных волн, производимых процессами формирования структур во Вселенной.

Следует отметить, что математическая модель "GEvolution" является первой моделью, в которую включены понятии гравитационных волн и некоторые аспекты процесса расширения Вселенной. Эта модель открывает возможность сравнения теоретических расчетных данных с данными, полученными в ходе наблюдений за реальными процессам, кроме этого, новая модель позволит произвести более точную проверку некоторых постулатов Общей теории относительности в более широких масштабах, нежели это делалось раньше. А для того, чтобы дать возможность проведения подобных исследований и другими учеными, профессор Рут Деррер (Ruth Durrer) и члены ее группы сделают исходный код системы "GEvolution" общедоступным.