Теория относительности Эйнштейна обосновывает большинство космологических и астрофизических феноменов. Но у Вселенной есть некоторые характеристики, которые ученые не могут объяснить с ее помощью, например, почему темная материя и галактики неравномерно распределены в пространстве. Есть еще теория Большого взрыва, общепринятая до сих пор, вещающая миру, что он начался с сингулярности.
То есть и материя, и энергия были сжаты в ней, как в некой точке до определенного момента. Затем наступила инфляция, продлившаяся какие-то доли секунды, за которые космос успел расшириться до невероятных объемов. Но теория Большого взрыва ничего нам не говорит о том, что же было до этой самой сингулярности, потому что это «до» невозможно объяснить физически или математически, поскольку известные нам законы там не работают.
Петлевая гравитация
Научные сотрудники Пенсильванского университета претендуют на то, что они реально доказали, что до сингулярности определенно что-то было. При этом они являются сторонниками теории Большого отскока, по которой существующая Вселенная появилась из предшествующей фазы, характеризующейся как сверхсжатая. Исследователи еще с 1980-х годов развивают свою космологическую модель на основе петлевой квантовой гравитации. Эта теория представляет нынешние массивные составные части Вселенной в виде квантовых флуктуаций пространства-времени, возникших непосредственно с ее рождением.
В своей работе пенсильванские исследователи использовали многофункциональный математический аппарат, консолидировавший теорию относительности и квантовую механику. Они до мельчайших подробностей отследили путь, который прошла вселенская структура в ходе своей эволюции. Ученые зафиксировали эти структуры на фоне сверхвысокочастотного реликтового космического излучения, испущенного тогда, когда Вселенной было всего 380 тысяч лет.
Само по себе это излучение имеет три аномалии, которые классическая физика не объясняет. Эти колебания настолько существенны, что из-за них говорят о кризисе космологии. А пенсильванские ученые обосновывают тот факт, что если к описанию инфляции применить квантовую гравитацию, она уберет в распределении реликтового излучения целых две аномалии, что предупреждает потенциальный кризис.
Присутствие этих аномалий говорит о том, что мы живем в исключительной Вселенной, – резюмирует доцент кафедры астрономии и астрофизики Чон Дон Хи, соавтор исследования.
Другая фаза
Таким образом, квантовые флуктуации и делают реликтовое излучение столь разнородным. Когда наступила ускоренная фаза расширения (инфляция), сила тяжести растянула крошечные флуктуации, что сказалось в этих неоднородностях.
По словам профессора Абхая Аштекара, первого автора работы, «общепринятая инфляционная парадигма, базирующаяся на общей теории относительности, рассматривает пространство-время как гладкий континуум… Но, если всмотреться ближе, то в пространство-время вплетены квантовые нити. Если их учесть, петлевая квантовая космология выводит нас за пределы континуума, объясняемого теорией Эйнштейна».
Эту гипотезу должны подтвердить спутники Cosmic Origins Explorer и LiteBIRD, главная миссия которых заключается в том, чтобы найти следы самых первых гравитационных волн среди реликтового излучения. Тем временем, в вопросе о том, что же существовало до Вселенной, от астрофизиков не отстают математики, даже обгоняют их. Команда теоретиков из Канады и Египта в своей работе применила теорию мира квантовой механики, и обнаружила, что до Вселенной была другая ее космологическая фаза.
В их космологической модели Вселенная по своей сути получилась цикличной, состоящей из четырех фаз. Решающую роль в этом сыграли квантовые эффекты. Сейчас Вселенная расширяется, но, по мнению математиков, квантовая механика внесет решительные пертурбации, которые остановят этот процесс. Согласно полученным ими математическим уравнениям, в какой-то момент все остановится, возвратясь в бесконечную точку, называемую фазой сжатия, а после Вселенная вновь начнет расширяться.
Циклическая Вселенная
Один из участников исследования профессор Мир Файзал высказал главные тезисы из циклической теории Вселенной: «В нашей космологической модели Вселенная не началась с Большого взрыва, но произошел фазовый переход от одной фазы Вселенной к другой». Точно так же, как вода может пребывать в трех разных фазах, так и Вселенная способна пребывать в четырех разных фазах. Разработанная новая модель поможет постигнуть физические свойства космологической фазы Вселенной до начала нашего мира.
Есть и другие модели Большого взрыва и Большого сжатия. Но сингулярности, например, плохо справляются с физикой. В них есть такое место, где она просто не работает. Ни о каких значимых результатах в этом случае даже думать не приходится. Новая космологическая модель избегает сингулярности Большого взрыва, и убирает связанные с этим проблемы и ограничения.
По мнению Файзала, многие подходы к квантовой гравитации (теория струн, петлевая теория) имеют общие черты. Например, все они постулируют наличие минимальной длины пространства, ниже которой его просто не существует. А еще эти теории настаивают, что энергия тоже должна быть максимальной, которую не может превысить не один объект во Вселенной. Теоретики включили в свою модель оба этих эффекта и получили в результате циклическую Вселенную.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также:
