Ученые из Университета Портсмута, Великобритания предложили новую теорию происхождения Вселенной. Но мнению ученых, она возникла не из точки сингулярности в результате Большого взрыва, а внутри черной дыры, возникшей в результате гравитационного коллапса в некоем материнском Универсуме. Это значит, что наша Вселенная является только частью Универсума, где этот коллапс произошел.
Сингулярность — это гипотетическая точка в пространстве-времени, где физические величины, такие как плотность и температура, становятся бесконечнвми. В космологии сингулярность связана с Большим взрывом. В точке сингулярности уравнения общей теории относительности теряют смысл, и мы не можем описать поведение материи и энергии. Поэтому ученые стремятся найти теории, которые позволят избежать сингулярностей и дадут непрерывное, предсказуемое описание эволюции Вселенной.
Ученые из Университета Портсмута, Великобритания предложили новую теорию происхождения Вселенной. Работа опубликована в журнале Physical Review D.
Астрофизики предлагают радикально новую концепцию происхождения Вселенной: Большой взрыв не был абсолютным началом всего сущего, а стал итогом гравитационного коллапса — сжатия материи до экстремальной плотности, которое привело к образованию гигантской черной дыры. Она возникла в некоем материнском Универсуме, примерно, так как в нашей Вселенной происходит гравитационный коллапс звезд.
Внутри этой вселенской черной дыры произошел своеобразный «отскок» и началось расширение, то есть образовалась наша Вселенная. Эта гипотеза, опирается на строгие математические расчеты, но она не следует Стандартной космологической модели. Эта модель считает, что Вселенная начинается с сингулярности — точки бесконечной плотности, в которой законы физики перестают работать. Стандартная модель хорошо описывает структуру и эволюцию Вселенной, но требует введения гипотетических сущностей, которые никогда не наблюдались. Для объяснения наблюдаемых явлений нужно особое поле, которое разгоняет инфляцию в первые секунды существования Вселенной, и темная энергия, которая ускоряет расширение Вселенной.
Без сингулярности
В новой альтернативной модели астрофизики рассматривают не внешнее расширение, а внутренний коллапс — процесс, знакомый по образованию черных дыр. Согласно классическим теоремам Пенроуза и Хокинга, такой коллапс должен приводить к сингулярности. Но эти теоремы работают только в рамках классической физики.
Если учесть квантовые эффекты, в частности, принцип исключения Паули (два одинаковых фермиона не могут занимать одно и то же квантовое состояние), бесконечное сжатие невозможно: фермионы будут препятствовать сжатию. В результате вместо сингулярности произойдет «отскок». Ученые приводят точное аналитическое решение, показывающее, как масса достигает высокой плотности, а затем переходит в фазу расширения, то есть начинается новый «Большой взрыв» внутри черной дыры.
Как проверить новую модель Вселенной
Особенность этой модели в том, что она объясняет две фазы ускоренного расширения (инфляция и темная энергия) не за счет экзотических полей, а как естественное следствие физики «отскока».
Модель делает проверяемые предсказания: например, Вселенная должна быть не идеально плоской, а иметь малую положительную кривизну — остаток от начальной плотности, вызвавшей коллапс. Если будущие наблюдения, например, с помощью космического телескопа ARRAKIHS или космической обсерватории Euclid зафиксируют предсказанную новой теорией кривизну Вселенной, гипотеза получит сильное подтверждение.
Уже сейчас расчеты модели согласуются с измерениями скорости расширения Вселенной. Кроме того, эта концепция способна объяснить происхождение сверхмассивных черных дыр, природу темной материи и формирование галактик.
Астрофизики считают, что новая модель не только устраняет проблему сингулярности и объединяет общую теорию относительности с квантовой механикой, но и предлагает элегантное и физически обоснованное объяснение происхождения космоса, без необходимости в гипотетических сущностях.