Может ли наша Вселенная бесконечно расширяться и сжиматься обратно в крошечную точку, снова и снова переживая подобие Большого взрыва? Нет, твердо отвечает профессор Рафаэль Буссо из Калифорнийского университета в Беркли, автор нового исследования в Physical Review Letters.
Ключевой момент в жизни циклической вселенной — Большой отскок, альтернатива Большому взрыву как началу мироздания. Большой взрыв начинается с сингулярности — точки настолько плотной, что гравитация в ней выходит за рамки известных нам законов физики, — за которым следует бесконечное расширение. Но если Вселенная началась с Большого отскока, мы могли бы заглянуть за пределы того, что считаем началом, и увидеть другую вселенную, сжимающуюся в невероятно плотную точку (но не обязательно сингулярность), прежде чем она «отскочила» и превратилась в расширяющуюся Вселенную, в которой мы живем сегодня.
Таким образом, вопрос о том, должно ли время начинаться с сингулярности, крайне важен для определения истории и судьбы нашего космоса. Если Большой отскок был началом нашей Вселенной, он может стать и частью нашего будущего. Первый намек на такую возможность появился в 1965 году, когда Роджер Пенроуз из Оксфордского университета доказал, что общая теория относительности — наша лучшая теория гравитации — всегда дает сбой. Он изучал черные дыры, еще одно место, где гравитация настолько сильна, что разрывает ткань пространства-времени, и показал, что сингулярность неизбежна. Буссо подтвердил этот вывод.
Работа Пенроуза не включала квантовую теорию, а прошлые расчеты, проведенные Ароном Уоллом из Кембриджского университета, рассматривали только очень слабую гравитацию. Анализ Буссо не ограничивает силу гравитации, и, по его словам, «категорически исключает» циклические вселенные. Профессор уверен: он четко доказал, что и Большой взрыв мог начаться только с сингулярности.
«На мой взгляд, это очень значительное обобщение оригинальной теоремы Пенроуза и ее расширения Уоллом», — заметил Онкар Паррикар из Института фундаментальных исследований Тата в Индии.
Это большой шаг вперед, поскольку работа применима к «гораздо большей части квантовой физики», чем предыдущие исследования, согласен Крис Эйкерс из Колорадского университета в Боулдере. По его мнению, она ставит модели Большого отскока в «более сложное положение».
Расчеты Буссо основаны на обобщенном втором законе термодинамики, который расширяет стандартный второй закон, описывая поведение энтропии внутри и вокруг черных дыр. Однако обобщенная версия еще не получила окончательного доказательства, что вызывает скептицизм относительно ее применимости к Большому отскоку, прокомментировал Сурджит Раджендран из Университета Джонса Хопкинса в Мэриленде.
В 2018 году Раджендран и его коллеги разработали математическую модель отскакивающей вселенной, которая обходит ограничения теорем, подобных той, что развил Буссо. Однако их выкладки включали больше измерений пространства-времени, чем мы наблюдаем, что оставило ряд вопросов открытыми.
«Понимание нашей космической истории — пожалуй, одна из самых важных научных задач, и альтернативные сценарии, такие как Большой отскок, необходимо тщательно рассматривать», — убежден Эйкерс.
В моделях с отскоками именно квантовые эффекты обычно помогают вселенной «оттолкнуться» от плотной точки, отмечает Джексон Флисс из Кембриджского университета. Исключение этих сценариев углубляет понимание, как именно теория квантовой гравитации — объединяющая общую теорию относительности и квантовую теорию — может изменить наше представление о мироздании, а также может помочь определить, «действительно ли нам нужна квантовая гравитация для полного описания внутреннего строения черных дыр или Большого взрыва».
Раджендран считает, что самый надежный способ определить, пережила ли наша вселенная космический отскок, — это наблюдение гравитационных волн. Эта рябь пространства-времени может нести следы отскока, но ее частоты пока недоступны для современных детекторов — а перспективы разработки нового поколения детекторов теперь стали смутными по политическим причинам.
«Вопрос в том, достаточно ли благосклонна Вселенная, чтобы послать достаточно мощный [для обнаружения] сигнал, и достаточно ли добр современный мир, чтобы позволить ученым проводить эти эксперименты?» — заключил он.
Ученые нашли доказательства, что до нашей Вселенной существовала еще одна
Наблюдения возрождают странную гипотезу: мы можем находиться внутри черной дыры
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram