Теорія Великого вибуху хибна: наш Всесвіт прибув з іншого світу

Команда вчених пропонує альтернативу теорії Великого вибуху, припускаючи, що наш Всесвітміг утворитися всередині гігантської чорної діри, що існує у більшому, так званому «батьківському» Всесвіті. Ця нова модель прагне вирішити фундаментальні проблеми, які залишаються невирішеними в рамках стандартної космологічної моделі.

Про це повідомили в журналі Physical Review D.

Виклики для теорії Великого вибуху

Теорія Великого вибуху добре пояснює багато речей про наш Всесвіт. Вона розказує, як з’явився космічний мікрохвильовий фон. Також пояснює, чому Всесвіт постійно розширюється, і навіть робить це все швидше. Але є кілька серйозних питань, на які ця теорія не може відповісти:

• Природа темної енергії та темної матерії: ці загадкові компоненти становлять більшу частину Всесвіту, але їхня природа досі залишається незрозумілою.

• Сингулярність Великого вибуху: теорія передбачає початок Всесвіту з нескінченно щільної і гарячої точки (сингулярності), де відомі закони фізики руйнуються.

• Невідповідності між загальною теорією відносності та квантовою механікою: ці дві фундаментальні теорії, які описують світ на макро- та мікрорівнях відповідно, важко узгодити в екстремальних умовах, таких як початок Всесвіту.

Професор Портсмутського університету та один з авторів дослідження Енріке Гастаньяга зазначає, що більшість науковців намагалися пояснити ці аномалії, пропонуючи нові форми енергії (темну енергію) або змінюючи закони фізики, називаючи такі кроки «радикальними».

Всесвіт як чорна діра?

Дослідження Гастаньяги та його колег почалося з простого питання: чому розширення Всесвіту прискорюється?

«Весь наш спостережуваний Всесвіт лежить всередині власного гравітаційного радіуса, а це означає, що ззовні він виглядатиме як чорна діра», — пояснює Гастаньяга.

Це привело до «радикальної ідеї»: що, якби Всесвіт утворився так само, як зірка колапсує в чорну діру? Традиційно вважається, що Всесвіт почався з надзвичайно гарячої та щільної точки — сингулярності, яка зазнала швидкого розширення після Великого вибуху. Однак нова модель припускає, що Всесвіт міг виникнути не з сингулярності, а в результаті колапсу масивної хмари матерії в іншому Всесвіті.

Гравітаційний відскок замість сингулярності

Дослідницька група провела моделювання і несподівано виявила, що вже існує аналітичне рішення, яке описує фундаментальні принципи цього процесу.

«За певних умов цей колапс не закінчується сингулярністю — натомість він відскакує і знову починає розширюватися. Цей відскок імітує те, що ми називаємо Великим вибухом», — каже Гастаньяга.

Ця «сценарій відскоку» відрізняється від попередніх тим, що він базується виключно на відомих законах фізики, уникаючи введення спекулятивних частинок чи сил. Він описує чисто гравітаційний колапс, що відбувається всередині чорної діри.

Роль квантових ефектів

Ключовим моментом у цій моделі є квантові ефекти, зокрема принцип виключення Паулі.

«У квантовій механіці дві однакові частинки (такі як електрони чи нейтрони) не можуть займати один і той самий стан — вони не можуть перебувати в одному й тому ж місці одночасно. Цей принцип створює своєрідний тиск, який називається тиском виродження. Він протистоїть стиску. Це те, що зупиняє нескінченне колапсування ядер вмираючих зірок, і це те, що може спровокувати вибух наднової. У нашій моделі саме цей квантовий ефект зупиняє колапс Всесвіту та змушує його відскакувати», — пояснює Гастаньяга.

Є ще одна ідея: гравітація може напряму впливати на поле Хіггса. Це поле дає масу всім частинкам. Один з авторів дослідження, Сраван Кумар, каже, що в дуже щільних і енергетичних місцях Всесвіту квантові ефекти стають дуже важливими. Якщо гравітація і поле Хіггса починають відштовхуватися одна від одної за дуже високої енергії, це може зупинити стиснення. Тоді Всесвіт не колапсує, а навпаки — відскакує, тобто починає розширюватися.

«Це може пояснити високу щільність, що спостерігається в даних космічного мікрохвильового фону, і припустити, що гравітаційний відскок може природним чином пов’язати гравітацію з квантовою механікою, без потреби в нових спекулятивних теоріях», — додав Кумар.

Можливі наслідки та перевірка гіпотези

Модель передбачає невелику позитивну просторову кривизну Всесвіту та існування реліктових об’єктів, таких як первинні чорні діри або нейтронні зірки, що утворилися до космічного відскоку.

«Якщо ми знайдемо такі релікти, особливо в ранньому Всесвіті, це буде вагомим доказом на користь [цієї теорії]», — зазначає Гастаньяга.

Він додає, що деякі ранні результати космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) вже виявили напрочуд старі галактики, близькі до початку Всесвіту, що «може бути важко узгодити зі стандартною часовою шкалою Великого вибуху, але вони могли б мати сенс, якби ранні релікти, такі як надмасивні чорні діри, допомагали галактикам формуватися швидше».

Гастаньяга визнає, що припущення про те, що Великий вибух не був абсолютним початком усього, є суперечливим. Також підкреслює, що «оскарження давніх припущень є важливим для наукового прогресу».