Новая модель Вселенной предполагает, что Большой взрыв не был началом всего

Долгое время в научном сообществе господствовало убеждение о статичности Вселенной, подразумевающее ее безграничный и неизменный объем, не подверженный расширению или сжатию. Однако в 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл, изучая красное смещение – сдвиг спектра света в красную область, – обнаружил его зависимость от скорости удаления наблюдаемого объекта. Чем дальше галактика, тем быстрее она от нас отдаляется.

После обширных наблюдений за красным смещением галактик, указывающим на расширение Вселенной, физики предприняли попытки объяснить это явление, мысленно возвращаясь к ранним этапам, когда материя была сконцентрирована плотнее. Результатом этих исследований, подкрепленным обнаружением космического микроволнового фона (CMB), рассматриваемого как слабое "эхо" первого света во Вселенной, стала модель Большого взрыва. Эта модель предполагает, что Вселенная изначально была сжата в сингулярность, а затем расширилась до нынешнего состояния.

Со времени этих открытий наше понимание рождения и расширения Вселенной значительно углубилось. Однако в существующей модели есть недостатки, которые, по мнению некоторых ученых, ставят под сомнение теорию инфляциии и Большого взрыва.

"Во-первых, модель Большого взрыва начинается с сингулярности – точки бесконечной плотности, где известные законы физики перестают действовать", – отмечает Энрике Гастанага, профессор Института космологии и гравитации Портсмутского университета, ведущий автор новой работы, в своей статье для The Conversation. "Это не просто формальная нестыковка; это серьезная теоретическая проблема, указывающая на наше фундаментальное непонимание начального этапа."

Несмотря на то, что модель тёмной энергии/холодной тёмной материи остается наиболее общепринятым объяснением устройства Вселенной, Гацтанага выражает неудовлетворенность концепциями космической инфляции и тёмной энергии, считая их "загадочными" компонентами, которые никогда не были непосредственно обнаружены. В новом исследовании группа ученых применила иной подход, изучая процессы, происходящие при сжатии сверхплотной области материи под воздействием гравитации.

Несмотря на то, что эта тема хорошо изучена, исследователи полагают, что их эксперимент позволил получить новые знания. Работа основана на принципе запрета Паули, известном также как "квантовый принцип запрета", который гласит, что два идентичных фермиона не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии в рамках системы. Изучая процессы, происходящие при сжатии материи под действием гравитации, они пришли к выводу, что гравитационное сжатие не обязательно приводит к сингулярности, а может завершиться "отскоком".

"Мы демонстрируем, что это правило предотвращает бесконечное сжатие частиц в коллапсирующей материи. В результате коллапс останавливается и обращается вспять. Отскок не просто возможен – он неизбежен при определенных условиях", – пишет Гацталага, подчеркивая, что этот отскок происходит в рамках общей теории относительности, без привлечения дополнительных полей или других "спекулятивных" физических концепций.

"Процессы, происходящие после отскока, удивительно напоминают нашу Вселенную. Еще более удивительно то, что отскок естественным образом порождает две отдельные фазы ускоренного расширения – инфляцию и тёмную энергию, обусловленные не гипотетическими полями, а физикой самого отскока", – добавляет он.

Новые модели Вселенной, подобные этой, появляются регулярно. Однако исследователи считают, что преимущество их подхода заключается в возможности его экспериментальной проверки.

"Доказательством нашего сценария с отскоком является наличие как небольшой пространственной кривизны, так и небольшой космологической постоянной", – отмечают авторы в своей статье. – "В то время как последняя уже была измерена с высокой точностью, первая остается проверяемым предсказанием для будущих космологических исследований."

Модель предсказывает, что пространство не является плоским, а обладает небольшой положительной кривизной, что означает, что параллельные линии в конечном итоге сходятся, подобно тому, как поверхность Земли кажется плоской, но имеет небольшую кривизну в глобальном масштабе. Ученые полагают, что это можно проверить в ходе предстоящих космических миссий, таких как миссия Европейского космического агентства "Арракис". Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review D.

Если эта гипотеза подтвердится – что потребует объяснения множества других явлений лучше, чем существующие модели, – это может коренным образом изменить наше представление о Вселенной и нашем месте в ней.

"В этой системе вся наша наблюдаемая Вселенная находится внутри чёрной дыры, образовавшейся в более крупной «родительской» Вселенной", – заключает Газтанега.

"Мы не являемся чем-то уникальным, подобно Земле в геоцентрической системе мира, из-за которой Галилея (астронома, предположившего, что Земля вращается вокруг Солнца в XVI и XVII веках) посадили под домашний арест. Мы наблюдаем не зарождение всего из ничего, а продолжение космического цикла, сформированного гравитацией, квантовой механикой и глубокими взаимосвязями между ними."