Кратко: ΛCDM остаётся «стандартной» моделью потому что согласует CMB‑пики, BAO‑стандартный размер, кривую сверхновых Ia и крупномасштабную структуру; альтернативы (MOND и его релативистские расширения, стационарная вселенная, циклические/ekpyrotic модели) либо требуют дополнительных компонент/механизмов, либо не воспроизводят ключевые наблюдения. Ниже — сжатое сопоставление по наблюдательным тестам, текущие несостыковки и эксперименты, способные решить вопросы.
Коротко про ΛCDM
- Параметры (минимум): $\{{\Omega }_b{h}^2,{\Omega }_c{h}^2,{\theta }_s,\tau ,n_s,A_s\}$.
- Успехы: точное совпадение CMB‑спектра (пики), положение BAO‑шаблона (звук. горизонты), ускорение по SN Ia, форма спектра плотности на больших масштабах.
Сопоставление по наблюдениям
1) CMB‑анизотропии
- ΛCDM: объясняет положения и амплитуды акустических пиков, адекватно предсказывает тусклые поляризационные сигнатуры; параметры согласуются между разными мультиполями.
- MOND/TeVeS: чистый MOND — теория модификации ньютоновской силы — не даёт правильной высоты и форм пиков без существенной дополнительной компонентой (например, «скрытой» невзаимодействующей материи). Релятивистские версии (TeVeS и др.) могут частично воспроизвести CMB, но требуют тонкой настройки и часто конфликтуют с поляризацией и малой дисперсией.
- Стационарная вселенная: не воспроизводит чёрнотелый фон с точно теми же температурой и спектром (CMB) и акустические пики — противоречит.
- Циклические/ekpyrotic: возможны сценарии, дающие почти‑шкалированное, аддитивное и почти гауссово распределение возмущений, но требуется специфический механизм прохождения через «сжатие—переход»; предсказания по тензорам (малое $r$) и специфическая форма нехватки больших масштабов могут отличаться от стандартного инфляционного сигнала.
2) BAO (барионные акустические колебания)
- ΛCDM: BAO как стандартная линейная шкала — согласовано с галактическими и Lyman‑α измерениями; звуковой горизонт на дату диссипации примерно $r_d\approx 147\mathrm{Mpc}$.
- MOND: без холодной тёмной материи трудно получить ту же амплитуд/форму BAO в просвечивающей структуре; требуется вспомогательная «темновая» компонента.
- Стационарная: неестественно объясняет эволюцию BAO‑сигнала с z.
- Циклические: в принципе совместимо при введении компонент, аналогичных тёмной материи и барионной физике; но модель‑зависимо.
3) Сверхновые Ia (расстояния / ускорение)
- ΛCDM: космологическая постоянная ${\Omega }_{\Lambda }$ хорошо воспроизводит Hubble‑диаграмму SN Ia.
- MOND: обходится сложнее; модификация динамики на больших масштабах не автоматически даёт позднее ускорение без введения тёмной энергии.
- Стационарная: противоречит наблюдаемой эволюции яркости SN Ia.
- Циклические: могут включать фазы ускорения, но это требует настройки цикла/потенциала.
4) Скел‑структура (рост возмущений, кластеры, слабое линзирование)
- ΛCDM: в целом согласуется с наблюдаемым P(k), масс‑функцией кластеров и слабой гравитационной линзой на больших масштабах.
- Нюансы: напряжения по амплитуде роста — параметр $S_8$ (комбинация ${\sigma }_8$ и ${\Omega }_m$) у Planck и у многих слаболинзирующих/класт. анализов различается.
- MOND: хорошо объясняет внутреннюю динамику галактик (рот. кривые) без DM, но плохо согласуется с массой кластеров, сильной линзой и распределением субгалактических структур; снова требует неизвестной материи для кластеров и CMB.
- Стационарная: не объясняет историю формирования структуры.
- Циклические: возможна совместимость, но детали роста и нелинейной структуры зависят от конкретики модели.
Текущие несостыковки и «анизомалии»
- H0‑напряжение: локальные измерения дают $H_0\approx 73\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$, а CMB‑вводимые значения в ΛCDM — $H_0\approx 67.4\mathrm{km}{\mathrm{s}}^{-1}\mathrm{Mp}{\mathrm{c}}^{-1}$. Разрыв ~ несколько $\sigma$.
- S8‑напряжение: Planck → $S_8\approx 0.83$, слабое линзирование → $S_8\approx 0.76$ (порядок $\sim 2\sigma$).
- Малые шкалы: «core‑cusp», «missing satellites», «too big to fail» — возможные проблемы CDM в рамках простой модели частиц; решаются baryonic physics или самовзаимодействующей DM.
- Лёгкие аномалии CMB: дефицит сил на очень больших углах (низкие $\ell$), возможные неслучайные паттерны — статистически неубедительны, но обсуждаются.
- Альтернативы обычно вынуждены вводить дополнительные компоненты или сложную динамику, чтобы пройти все тесты одновременно.
Какие будущие эксперименты и какие измерения помогут различить модели
- CMB поляризация и B‑моды: LiteBIRD, CMB‑S4, Simons Observatory — чувствительность к тензор‑скалам (тензор‑скалярное отношение $r$) и к малым включениям неисходной физики (измерение $n_s$, негауссовости $f_{\mathrm{NL}}$). Малое $r$ и характер негауссовости могут поддержать/опровергнуть инфляционные vs циклические сценарии.
- Большие оптические/спектроскопические обзоры: DESI, Euclid, Rubin/LSST, Roman — точные BAO, измерение роста структуры $f{\sigma }_8(z)$, слабая линза и кластерные массы. Это уточнит $S_8$ и историю роста, критично для отличия модификаций гравитации от неизведённой физики тёмной компоненты.
- 21‑смая линия (темная эра и эпоха реионізації): HERA, SKA — даст информацию о ранней структуре и звуковом горизонте на высоких z, чувствителен к иным сценариям генерации первичных флуктуаций.
- Стандартные сирены (грав. волны): сети LIGO/Virgo/KAGRA и будущие ET/CE — независимые измерения $H_0$ ≡ тест систематики локального и CMB‑значений.
- Прецизионные локальные методы: GAIA + улучшение тип Ia и расстояний по TRGB, Mira и т.д. — уточнят локальный $H_0$.
- Малые шкалы и астрофизический тест: сильная линза (time delays), наблюдения потоков звёзд в галактиках, галактические спутники, слабоинтенсивные линзовые перегрузы — различают CDM от MOND/самовзаимодействующего DM.
- Лабораторные/прямые поиски DM: новые результаты прямых детекторов, индицируют существование CDM‑частиц или опровергнут.
- Спектральные и химические тесты: улучшенные измерения примордиального нуклеосинтеза (D, He) и CMB‑спектральных искажений — проверят раннюю плотность барионов/радиации.
Короткий вывод
- ΛCDM остаётся наиболее согласованной моделью для CMB, BAO, SN Ia и LSS, но есть нерешённые напряжения ($H_0$, $S_8$, малые шкалы).
- MOND хорошо работает на галактических масштабах, но без дополнительной массы/новой физики не согласуется с CMB/BAO/кластерами.
- Стационарная вселенная практически исключена ключевыми наблюдениями (CMB, нуклеосинтез, эволюция).
- Циклические модели потенциально совместимы, но требуют конкретных механизмов для генерации наблюдаемых первичных возмущений; отличия обычно в тензорных модах и негауссовости.
- Решение: комбинация прецизионных CMB‑поляризационных измерений, больших спектроскопических и слаболинзирующих обзоров, 21‑см томографии и независимых измерений $H_0$ (стандартные сирены, улучшенные локальные методы) в ближайшие 5–15 лет должна однозначно либо подтвердить ΛCDM с новыми уточнениями, либо указать на необходимость новой физики.