Привет, Хабр.

Одним из самых успешных переводов, опубликованных в уходящем году в этом блоге, стала статья «Что, если мы никогда не найдём тёмную материю?», которой я завершил февраль. Среди множества объяснений, почему тёмная материя остаётся «чёрным ящиком» астрономии, авторы предполагают, что она может быть заключена за горизонтами событий чёрных дыр — как огромных, так и совсем мелких, которые из-за своего малого или даже микроскопического размера до сих пор не обнаружены. Однако уже после этой статьи данная идея получила на Хабре интересное развитие: сначала в марте уважаемый @SLY_G перевёл статью Роберта Ли «Заперта ли наша Вселенная внутри чёрной дыры»? Затем уже в июне в корпоративном блоге FirstVDS вышла крайне успешная статья уважаемого @virtual_explorer «Наша Вселенная находится внутри сверхмассивной черной дыры — исследование» (почти 190 000 просмотров). Эти источники также вывели меня на интересную гипотезу о природе тёмной энергии, о которой я и хочу рассказать вам под катом. Гипотеза глубоко оккамовская, поэтому не премину посоветовать вам книгу Джонджо Мак-Фаддена «Жизнь проста», где подробно разобрано применение метода Оккама в науке.

Предыстория о хаббловском напряжении

Насколько нам известно, вся наблюдаемая во Вселенной материя находится в непрерывном движении. В основном это обращение объектов вокруг общих центров масс, что в наблюдательной астрономии долго воспринималось как обращение более мелких объектов вокруг более крупных. Такое движение обусловлено ньютоновским законом всемирного тяготения, частные случаи которого описывают законы Кеплера. Движение другого рода — это расширение Вселенной, которое описывает закон Хаббла. Инфляционная теория господствует в современной космологии, и в пользу этой теории свидетельствует, в частности, чрезвычайная однородность реликтового излучения. 

Однако двигателем такого расширения Вселенной является тёмная энергия, источник которой остаётся неизвестным и, согласно некоторым гипотезам, может находиться в соседних с нашей Вселенной пространственно-временных пузырях — в случае, если наша Вселенная входит в состав более масштабной Мультивселенной. 

Вращение галактик узнаваемо по самой форме этих звёздных островов (большинство галактик являются спиральными, меньшинство имеет форму, близкую к овальной), а вращение газопылевых облаков следует из того, что ни одно из них не имеет правильной и устоявшейся формы.

Тем не менее, вплоть до начала 2020-х считалось, что общий момент вращения Вселенной  равен нулю, а вопрос о том, «куда» именно расширяется Вселенная, некорректен, так как в ходе такого роста Вселенной увеличивается объём самого пространства. 

Тем не менее, идея вращения Вселенной не нова. О ней размышлял ещё Эйнштейн, но полноценную модель вращающейся Вселенной как одно из решений уравнений Эйнштейна предложил в 1949 году математик Курт Гёдель. Эта картина мира, называемая «метрикой Гёделя», предполагает, что Вселенную можно уподобить бесконечно длинному цилиндру, в котором существуют замкнутые времениподобные кривые и, соответственно, можно путешествовать во времени. В той же статье сам Гёдель признавал, что его метрика не согласуется с наблюдениями, в частности, не может объяснить красное смещение галактик, открытое Хабблом. Но в начале 2020-х годов интерес к этой метрике вновь возрос, так как она помогает объяснить несоответствие при измерении расстояния до далёких галактик, известное как «хаббловское напряжение». Этот феномен заключается в том, что чем дальше от Земли находится галактика, тем быстрее она от нас удаляется.

Метрика Гёделя и постоянная Хаббла

Метрика Гёделя обладает ещё некоторыми странными свойствами. Во-первых, в ней предусматривается не одно, а два времениподобных измерения. Подобный феномен возможен в некоторых математических моделях, и ранее я разбирал его в статье «Большой Взрыв и песочные часы или куда на самом деле течет время». Кроме того, далёкие галактики во вселенной Гёделя должны вращаться иначе, нежели более близкие, из-за чего поступающий от них свет будет заметно поляризоваться. Замкнутая времениподобная кривая в такой картине мира означает, что Вселенная ограничена в объёме, и имеет край, подобный горизонту событий чёрной дыры.

Здесь мы подходим сразу к двум противоречиям. Во-первых, гёделевская модель Вселенной позволила бы «сократить» тёмную материю и тёмную энергию как избыточные сущности или дефекты наблюдения — но многие свойства из гёделевской модели в нашей Вселенной не фиксируются (в особенности это касается невозможности путешествий во времени). Во-вторых, постоянная Хаббла действительно является константой на средних космологических расстояниях (в частности, в пределах Местной Группы галактик), но на более дальних расстояниях её значение начинает меняться.

Закон Хаббла формулируется как «Кажущаяся скорость удаления галактики от нас прямо пропорциональна расстоянию до неё». Если объекты удалены от нас на многие световые годы, то нас от них отделяет не только огромное пространство, но и длительное время (эту тему я ранее разбирал на Хабре в статье «Заря квазаров»).

Таким образом, если мы считаем, что закон Хаббла действует на любых расстояниях, то должны полагать, что он действует и на любых временных отрезках. Ранее уважаемый @alizar разбирал на Хабре, как было получено современное уточнённое значение постоянной Хаббла, которое считается равным 73,23 (км/с)/мегапарсек. Однако, поскольку по закону Хаббла скорость разлёта галактик от нас постоянно увеличивается по мере их удаления от нас, те галактики, которые находятся примерно в 4300 мегапарсек от нас, должны двигаться быстрее скорости света. Даже если это и возможно (согласно современным представлениям о физике — нет), мы никогда не сможем наблюдать настолько далёкие объекты. Этот объём называется «сферой Хаббла».

Интересно, что 4300 мегапарсек – это около 14 миллиардов световых лет, и этот радиус «в пересчёте на время» практически совпадает с возрастом Вселенной. Это означает, что у нас есть шанс когда-либо наблюдать объекты, которые прямо сейчас находятся в пределах сферы Хаббла (так как их свет рано или поздно достигнет нас). То есть, мы говорим о воображаемой сфере радиусом 4300 мегапарсек вокруг Земли.  

Но такая сфера будет «стационарной» лишь при условии, если постоянная Хаббла действительно не меняется. Тем не менее, при попытках измерить её для разных галактик значение либо меняется, либо уточняется. Ранее считалось, что скорость разбегания галактик ближе к 67 (км/с)/мегапарсек. Поэтому существует мнение, что постоянная Хаббла со временем уменьшается. Если это так, то у Вселенной может быть граница, подобная горизонту событий чёрной дыры — этот феномен называется в научной литературе «космологическим горизонтом». Ниже я вернусь к рассмотрению этого сходства, но пока обращу ваше внимание на то, что странное «непостоянство» постоянной Хаббла можно объяснить ещё одним допущением: возможно, вся Вселенная вращается вокруг своей оси. Эта гипотеза возвращает нас к концепции Гёделя о вращающейся Вселенной.

Как Гёдель придумал вращающуюся Вселенную

В 1949 году Курта Гёделя не интересовали ни космологический горизонт, ни анизотропия реликтового излучения, до открытия которого оставалось ещё 18 лет, тем более он не пытался уточнить значение постоянной Хаббла.

Нет, Гёделю было любопытно, допускает ли физика Эйнштейна путешествия во времени (в прошлое). Согласно как исходным, так и современным представлениям о пространстве-времени, путешествия в прошлое невозможны, однако Гёдель предложил относительно простую модель, в которой они допустимы — с условием, что Вселенная не стационарна, а вращается. В таком случае у Вселенной есть ось вращения (движение галактик относительно которой должно наблюдаться в космологических масштабах), а сама Вселенная наполнена неким невидимым «флюидом», который приводит к её расширению. Эффект этого флюида — и есть тёмная энергия. Космологическая постоянная Эйнштейна в таком случае — это коэффициент той силы, которая компенсирует центробежное движение и позволяет Вселенной сохраняться в целости. Ранее на Хабре эту гёделевскую модель описывал уважаемый Дмитрий @Tzimie в статье «Гипотеза континуума, современное состояние». Я позаимствую из неё иллюстрацию, демонстрирующую, как вся Вселенная «вращается вокруг наблюдателя».

Модель Гёделя интересна как попытка проверить пределы теории относительности, но пока не сочетается с имеющимися космологическими данными. Не дали результатов поиски асимметрии в паттернах вращения галактик, также до сих пор не найдены какие-либо существенные неоднородности в микроволновом фоне реликтового излучения, которые можно было бы объяснить вращением Вселенной.

Тем не менее, подробнее рассмотрим, каким именно образом вращающаяся Вселенная помогает устранить «хаббловское напряжение». Эта проблема ранее была разобрана на Хабре в статье уважаемого @SLY_G «Реальна ли проблема «хаббловской напряжённости» и как её решать?». Корень несоответствия в том, что для измерения скорости расширения Вселенной используются два основных «бенчмарка»: флуктуации реликтового излучения (Вселенная расширяется со скоростью 67 км/с на мегапарсек) и сверхновые и цефеиды, наблюдаемые в далёких галактиках, также известные под названием «стандартные свечи» (Вселенная расширяется со скоростью 73 км/с на мегапарсек). Согласно Стандартной модели, эти значения должны совпадать. Устранить это несоответствие пытаются при помощи экзотических частиц, тёмной материи, но в уходящем году вновь обратились к модели Гёделя, которая предполагает наполненность Вселенной невидимым «вращающимся флюидом».

В новейшее время идею о том, что Вселенная напоминает вращающийся объект одним из первых стал развивать Никодем Поплавски, астрофизик из университета Нью-Хейвена в Бостоне. В 2019 году он предположил, что наша Вселенная может целиком находиться в пределах горизонта событий огромной вращающейся чёрной дыры, и чрезвычайная анизотропия реликтового излучения может быть обусловлена именно тем, что весь свет «разбивается» о горизонт событий с внутренней стороны, и с каждым фотоном это происходит одинаково. Эту гипотезу Поплавски выдвинул в рамках разработки более масштабной теории о том, может ли каждая из чёрн��х дыр скрывать в себе отдельную Вселенную (соответствующего масштаба).

Если Вселенная вращается со скоростью 3,5 радиан за миллиард лет, то хаббловское напряжение снимается. Такой результат был приведён в марте 2025 года в статье, подготовленной венгерскими учёными из университета им. Этвёша Лоранда в Будапеште и из Гавайского университета. При этом в смоделированной авторами Вселенной времениподобные кривые ещё не возникают, то есть причинно-следственные связи не нарушаются.  

Выше я упоминал, что во вращающейся Вселенной предпочтительная ось вращения должна быть и у галактик. Доказательства в пользу наличия такой оси были получены в марте 2025 года на основании данных телескопа «Джеймс Уэбб» командой во главе с Лиором Шамиром из Инженерного Колледжа им. Карла Р. Айса при Канзасском университете. Учёные установили, что две трети галактик вращаются в одном направлении.

К этому Поплавски добавляет, что угол между преобладающим направлением вращения галактик (можно называть это направление «осью») и направлением потока материи в расположенных в наблюдаемой части Вселенной галактических сверхскоплений составляет 98 градусов — то есть они почти перпендикулярны друг другу. Такое соотношение вновь напоминает приведённую выше визуализацию метрики Гёделя.

Связь с Мультивселенной

Поплавски считает, что потенциальное вращение Вселенной предполагает наличие внешних сил, и такие внешние силы могут дополнительно свидетельствовать в пользу гипотезы о Мультивселенной. Он указывает, что вращение Вселенной возможно только в некоторой системе координат, то есть что она может вращаться лишь относительно более крупного объекта.

Действительно, согласно описанному в статье от октября 2018 анализу паттернов в распределении температуры реликтового излучения, в микроволновом фоне прослеживаются два рисунка, напоминающих два контура вращения.

С точки зрения Поплавски именно это и позволяет уподобить «оболочку» нашей Вселенной горизонту событий вращающейся черной дыры. В таком случае, предполагает он, внутри чёрной дыры может находиться не только сингулярность (в центре), но и своя локальная система пространственно-временных измерений (как в нашей Вселенной, где пространственных измерений три и временных тоже — одно по Эйнштейну и два по Гёделю и некоторым другим моделям, например, по модели Кэрролла и Гута).

Однако вращающаяся чёрная дыра должна по ряду ключевых свойств качественно отличаться от стационарной.

Во-первых, вместо одного горизонта событий у неё должно быть два: внутренний и внешний. За внешний горизонт событий не сможет вырваться свет, а за внутренний — и вся прочая материя.

Во-вторых, в пределах радиуса Шварцшильда вращающейся чёрной дыры будет не только горизонт событий, но и внешняя эргосфера, из которой теоретически можно извлекать энергию.

Сингулярность в таком случае представляет собой не точку, а одномерное кольцо, диаметр которого пропорционален вращательному моменту чёрной дыры.

Наконец, по свойствам такая сингулярность должна напоминать червоточину, то есть будет мостом между вселенной, заключённой в чёрной дыре, и антивселенной. Таким образом, эта сингулярность окажется единственным выходом из окружающей её чёрной дыры, а в своей антивселенной будет выглядеть как «белая дыра» — окно, из которого непрерывно извергается материя, и в которое невозможно проникнуть «против течения» этой материи.

Если такая картина реальна, то Мультивселенная может напоминать не набор соседствующих пространственно-временных пузырей, взаимно влияющих друг на друга, а примерно такой «ландшафт»:

Заключение

В этой статье я увлёкся рассказом о практически недоказуемых в настоящее время космологических допущениях. Читатели, желающие изучить поднятую мной тему в более строгих научных терминах, могут посмотреть этот препринт. Знаменитый астрофизик Пол Саттер полагает, что внутри заряженных чёрных дыр (если они существуют) могут существовать фрактальные вселенные, но в целом считает положение нашей Вселенной в пределах огромной вращающейся чёрной дыры крайне маловероятным, поскольку вращающиеся чёрные дыры крайне нестабильны. Тем не менее, именно изложенная здесь картина мира объясняет тёмную энергию без привлечения «тёмной материи» и «скрытой массы», а поэтому определённо заслуживает вашего внимания.