С середины XX века ученые начали замечать, что галактики ведут себя странно. Они вращаются слишком быстро — так быстро, что при видимом количестве материи должны были бы разлететься. Чтобы спасти физику, астрономы ввели в космологическую модель константу  — невидимую массу — темную материю. А когда оказалось, что Вселенная не просто расширяется, но делает это с ускорением, добавили еще одну — темную энергию, которая якобы расталкивает пространство.

Но темная материя и темная энергия — пока гипотезы. О их существовании судят по косвенным признакам, так как сами эти компоненты не взаимодействуют с электромагнитным излучением, что делает их невидимыми для традиционных астрономических наблюдений. 

Темная материя не излучает, не отражает и не поглощает свет, поэтому ее нельзя наблюдать напрямую в электромагнитном спектре. Ее существование выводят из гравитационных эффектов, например, при изучении вращения галактик и движения галактических скоплений. По мнению ученых, темная энергия проявляется через отрицательное давление, что приводит к ускоренному расширению космоса.

Статья по теме: Гипотетическая темная материя, вероятно, управляла первыми галактиками

Некоторые исследователи выдвигали альтернативные гипотезы природы космоса, в которых пытались обойтись без этих сущностей, но сталкивались с противоречиями. Очередную попытку предпринял американский профессор физики Ричард Лью (Richard Lieu) из Алабамского университета в Хантсвилле. В своей статье, опубликованной в журнале Classical and Quantum Gravity, физик предложил радикально новый взгляд на строение Вселенной. Его модель исключает темную материю и темную энергию, заменяя их серией мгновенных космических событий — «транзиентных временных сингулярностей».

По мнению Лью, эти сингулярности — кратковременные всплески, равномерно распределенные по всему пространству. Они возникают и исчезают так быстро, что их невозможно зафиксировать. Каждый всплеск создает волну энергии и материи, которая объясняет ускоренное расширение Вселенной и формирование галактик. Всплески случаются крайне редко и охватывают всю Вселенную. Но этих мгновенных событий достаточно, чтобы объяснить структуру космоса.

Статья по теме: Озвучена новая теория, объясняющая природу гравитации

Лью подчеркнул, что такие скачки не нарушают законы сохранения энергии. Они создают плотность и давление, необходимые для формирования галактик и ускоренного расширения. Ученый объяснил, что такие всплески формируют нечто вроде «отрицательного давления» — энергии, которая оказывает отталкивающее гравитационное действие. Именно это и могли принять за темную энергию.

Эффект, предложенный Лью, напоминает явление, описанное Альбертом Эйнштейном в 1917 году через космологическую постоянную.  Но тогда отрицательное давление рассматривали как абстрактную математическую конструкцию и версию Эйнштейна отвергли. В модели Лью оно возникает как реальный физический эффект.

Американский физик полагает, что эти временные скачки полностью пронизывают пространство и ведут к образованию галактик и других космических структур. Между ними — тишина. В это время материя и энергия исчезают, и сингулярности просто не обнаруживаются. Поэтому никто и не находит темную материю — ее просто нет между этими «вспышками».

Главная разница между этой теорией и стандартной моделью — в количестве событий. Если в привычной космологии сингулярность была одна — Большой взрыв, — то Лью предлагает множество таких моментов. Они происходят с большими интервалами, но влияют на весь космос. При этом каждое событие — это микросекундный всплеск энергии и материи, который исчезает так же быстро, как появился.

Статья по теме: Датские ученые поставили под сомнение, что темная энергия существует

Лью собирается искать доказательства своей гипотезы с помощью наземных телескопов, вроде группы оптических телескопов Исаака Ньютона в Испании. Ученый предлагает метод «нарезки по красному смещению» — это способ разложить данные по глубине времени. Если окажется, что в графике зависимости расстояния и красного смещения появляются скачки, это может говорить о тех самых «временных всплесках».

Если наблюдения подтвердят модель, то она может заменить темную материю и темную энергию, которые ученые не могут найти десятилетия. В таком случае вся современная космология окажется в подвешенном состоянии. Придется пересматривать то, как исследователи представляют себе историю Вселенной. Возможно, Большой взрыв — не единственное событие, с которого все началось. А темная материя и темная энергия — всего лишь ошибка, возникшая от нехватки данных.

Свои выводы Лью представил в журнале Classical and Quantum Gravity.