Большой взрыв — далеко не начало. Ученые предложили новую теорию появления Вселенной

Британские физики из Университета Портсмута выдвинули новую теорию появления Вселенной, альтернативную широко распространенной гипотезе о Большом взрыве.

Как отмечает профессор из Института космологии и гравитации при Университете Портсмута Энрике Газтанага, проведенные расчеты демонстрируют, что на самом деле Большой взрыв не был началом Вселенной, а скорее, результатом гравитационного коллапса, сформировавшего сверхмассивную черную дыру с последующим отскоком внутри нее. 

Эту идею, по словам Газтанаги, он и другие исследователи назвали вселенной черной дыры. Стандартная современная модель космологии базируется на Большом взрыве и космической инфляции. Она успешно объясняет структуру и эволюцию Вселенной, при этом оставляя без ответа ряд ключевых фундаментальных вопросов.

Газтанага отмечает, что модель Большого взрыва, как считается, берет начало из сингулярности — точки с бесконечной плотностью, в которой не действуют привычные нам законы физики. Ученый подчеркивает, что это остается одной из ключевых проблем, поскольку мы вообще не понимаем, каким образом все начиналось. 

Для объяснения крупномасштабной структуры Вселенной физики ввели короткую фазу быстрого расширения Вселенной на первых этапах, получившую название космической инфляции, которая подпитывалась неизвестным полем со странными свойствами. Позже для объяснения этого странного явления был добавлен еще такой компонент как темная энергия.

По его словам, предложенная им и командой ученых новая модель, стремится рассмотреть не расширение Вселенной, а то, что происходит, когда чрезвычайно плотное скопление материи коллапсирует под действием гравитации. Этот процесс знаком по тому, как сверхмассивные звезды при определенных условиях коллапсируют в черные дыры. Однако процессы внутри черной дыры остаются загадкой.

В 1965 году британский физик Роджер Пенроуз доказал, что при довольно общих условиях, гравитационный коллапс должен приводить к сингулярности. Эту идею хорошо развил другой физик Стивен Хокинг и остальные ученые.

Однако Энрике Газтанага обращает внимание на то, что предложенные теоремы сингулярности опираются на классическую физику, описывающую макроскопические объекты. В случае добавления сюда эффектов из квантовой механики, что должно быть при аномально высокой плотности, результат может быть другим. 

Ученый подчеркивает, что в новой работе он и команда физиков доказывают, что гравитационный коллапс не обязательно будет приводить к возникновению сингулярности. Расчеты показывают, что с приближением к потенциальной сингулярности размер Вселенной изменяется как (гиперболическая) функция космического времени. Это простое математическое решение описывает, как сжимающееся облако материи может достичь состояния высокой плотности, а затем отскочить, выйдя наружу в новую расширяющуюся фазу. 

Газтанага добавляет, что все дело в правиле, носящем название квантового принципа исключения. Это правило предполагает, что два идентичных друг другу фермиона не могут иметь одно и то же квантовое состояние, такое как угловой момент или спин. По его словам, это правило не позволяет частицам коллапсирующей материи сжиматься безгранично. В результате коллапс останавливается и обращается вспять. Отскок не только возможен — он неизбежен при правильных условиях.

Важно то, что этот отскок происходит исключительно в рамках Общей теории относительности, которая применяется в больших масштабах, таких как звезды и галактики, в сочетании с основными принципами квантовой механики — не нужны никакие экзотические поля, дополнительные измерения или спекулятивная физика. 

При этом, по словам британского ученого, по ту сторону отскока возникает вселенная, удивительно похожая на нашу. При этом отскок образует две отдельные фазы ускоренного расширения — инфляцию и темную энергию — которые управляются не гипотетическими полями, а физикой самого отскока.

Сильной стороной этой теории является возможность проверки указанных предсказаний. Она предполагает небольшое, но не нулевое количество пространственного искривления. Это означает, что Вселенная не совсем плоская, а немного искривленная, как поверхность Земли.

Теория черной дыры Вселенной также предлагает новый взгляд на наше место в космосе. В этой структуре вся наша Вселенная, которую мы наблюдаем, находится внутри черной дыры, образованной в какой-то большей «родительской» Вселенной. Мы являемся свидетелями не зарождения всего из ничего, а скорее — продолжения космического цикла, сформированного гравитацией, квантовой механикой и глубокими взаимосвязями между ними, — утверждает Энрике Газтанага.

Источник: The Conversation; ScienceAlert