Великий вибух — далеко не початок. Вчені запропонували нову теорію появи Всесвіту

Британські фізики з Університету Портсмуту висунули нову теорію появи Всесвіту, альтернативну широко поширеній гіпотезі про Великий вибух.

Як зазначає професор з Інституту космології та гравітації при Університеті Портсмуту Енріке Газтанага, проведені розрахунки демонструють, що насправді Великий вибух не був початком Всесвіту, а скоріш, результатом гравітаційного колапсу, що сформував надмасивну чорну діру з подальшим відскоком всередині неї. 

Цю ідею, за словами Газтанаги, він та інші дослідники назвали всесвітом чорної діри. Стандартна сучасна модель космології базується на Великому вибуху і космічній інфляції. Вона успішно пояснює структуру та еволюцію Всесвіту, при цьому залишаючи без відповіді низку ключових фундаментальних питань.

Газтанага зазначає, що модель Великого вибуху, як вважається, бере початок з сингулярності — точки з незкінченною щільністю, у якій не діють звичні нам закони фізики. Науковець підкреслює, що це залишається однією з ключових проблем, оскільки ми взагалі не розуміємо, яким чином все починалось. 

Для пояснення великомасштабної структури Всесвіту фізики ввели коротку фазу швидкого розширення Всесвіту на перших етапах, що отримала назву космічної інфляції, що підживлювалась невідомим полем з дивними властивостями. Пізніше для пояснення цього дивного явища було додано ще такий компонент як темна енергія.

За його словами, запропонована ним та командою науковців нова модель, прагне розглянути не розширення Всесвіту, а те, що відбувається, коли надзвичайно щільне скупчення матерії колапсує під дією гравітації. Цей процес знайомий по тому, як надмасивні зірки за певних умов колапсують у чорні діри. Однак процеси всередині чорної діри залишаються загадкою.

У 1965 році британський фізик Роджер Пенроуз довів, що за доволі загальних умов, гравітаційний колапс має призводити до сингулярності. Цю ідею добре розвинув інший фізик Стівен Хокінг та решта науковців.

Однак Енріке Газтанага звертає увагу на те, що запропоновані теореми сингулярності спираються на класичну фізику, що описує макроскопічні об’єкти. У разі додавання сюди ефектів з квантової механіки, що має бути за аномально високої щільності, результат може бути іншим. 

Науковець підкреслює, що у новій роботі він та команда фізиків доводять, що гравітаційний колапс не обов’язково призводитиме до виникнення сингулярності. Розрахунки показують, що з наближенням до потенційної сингулярності розмір Всесвіту змінюється як (гіперболічна) функція космічного часу. Це просте математичне рішення описує, як хмара матерії, що стискається, може досягти стану високої щільності, а потім відскочити, вийшовши назовні в нову фазу, що розширюється. 

Газтанага додає, що вся річ у правилі, що носить назву квантового принципу виключення. Це правило передбачає, що два ідентичних один одному ферміони не можуть мати один і той же квантовий стан, такий як кутовий момент або спин. За його словами, це правило не дозволяє частинкам матерії, що колапсує, стискатись безмежно. В результаті колапс зупиняється та звертається назад. Відскок не тільки можливий – він неминучий за правильних умов.

Важливо те, що цей відскок відбувається виключно в рамках загальної теорії відносності, яка застосовується у великих масштабах, таких як зірки та галактики, у поєднанні з основними принципами квантової механіки – не потрібні жодні екзотичні поля, додаткові виміри або спекулятивна фізика. 

При цьому, за словами британського науковця, по той бік відскока виникає всесвіт, дивовижно схожий на наш. При цьому відскок утворює дві окремі фази прискореного розширення — інфляцію і темну енергію — які керуються не гіпотетичними полями, а фізикою самого відскоку.

Сильною стороною цієї теорії є можливість перевірки зазначених передбачень. Вона передбачає невелику, але не нульову кількість просторового викривлення. Це означає, що Всесвіт не зовсім плаский, а трохи викривлений, як поверхня Землі.

Теорія чорної діри Всесвіту також пропонує новий погляд на наше місце у космосі. У цій структурі весь наш Всесвіт, який ми спостерігаємо, знаходиться всередині чорної діри, утвореної в якомусь більшому «батьківському» Всесвіті. Ми є свідками не зародження всього з нічого, а скоріше — продовження космічного циклу, сформованого гравітацією, квантовою механікою та глибокими взаємозв’язками між ними, — стверджує Енріке Газтанага. 

Джерело: The Conversation; ScienceAlert