Большой взрыв не был началом всего: Вселенная могла родиться внутри черной дыры
Профессор Энрике Гастаньяга и его коллеги из Института космологии и гравитации в Портсмуте предложили новую космологическую модель, согласно которой Вселенная образовалась не в результате Большого взрыва, а после того, как очень плотная область материи схлопнулась в черную дыру, а затем «отскочила» обратно. Их расчеты опубликованы в журнале Physical Review D. Эта теория, которую авторы называют Вселенной-черной дырой, не требует введения гипотетических полей, экзотических частиц или дополнительных измерений. Она основана только на хорошо изученных законах физики: общей теории относительности и квантовой механике.
Стандартная модель Большого взрыва предполагает, что Вселенная появилась из точки бесконечно большой плотности и температуры — так называемой сингулярности. Но это создает проблему, поскольку в сингулярности перестают работать все известные физические законы. Чтобы объяснить равномерность и плоскость Вселенной, космологи добавили в свою модель период инфляции — кратковременное сверхбыстрое расширение на начальном этапе ее существования. Позже, чтобы объяснить наблюдаемое сегодня ускоренное расширение, в модель включили таинственную темную энергию, которую до сих пор никто не наблюдал напрямую.
Профессор Энрике Гастаньяга много лет работает над изучением крупномасштабной структуры Вселенной. Его специализация включает в себя анализ того, как распределение галактик отражает скрытую массу, моделирование барионных акустических колебаний, корреляции реликтового излучения и галактик, а также разработку математических методов, необходимых для проверки различных космологических моделей на наблюдательных данных.
В своей новой работе Гастаньяга и его команда вместо традиционного подхода решили взглянуть на проблему происхождения Вселенной иначе. Они рассмотрели ситуацию, когда облако материи под действием гравитации постепенно сжимается. Обычно считается, что такое сжатие неизбежно приводит к сингулярности — к точке с бесконечной плотностью, как это происходит внутри обычных чёрных дыр. Такой результат был доказан ещё в 1965 году Роджером Пенроузом и Стивеном Хокингом, и долгое время считался обязательным.
Однако расчеты команды Газтаньяги, впервые проведенные точно и без каких-либо приближений, показывают иной исход. Когда сжимающаяся материя достигает очень высокой плотности, в силу вступает фундаментальное правило квантовой механики — принцип исключения Паули. Этот закон запрещает двум одинаковым частицам-фермионам занимать одно и то же квантовое состояние. В результате бесконечное сжатие становится невозможным. В определенный момент коллапс материи останавливается и переходит в процесс расширения — так называемый «гравитационный отскок».
Согласно точному аналитическому решению уравнений, найденному авторами, этот отскок происходит внутри гравитационного радиуса черной дыры, то есть он полностью скрыт от внешнего наблюдателя. Внешне такая система будет выглядеть как обычная черная дыра с горизонтом событий, за который ничто не может выбраться. Но внутри этой границы рождается новая расширяющаяся Вселенная.
Важная особенность модели Гастаньяги заключается в том, что она естественным образом объясняет два периода ускоренного расширения Вселенной — раннюю инфляцию и современную эпоху, которую традиционно связывают с темной энергией.
Согласно новой теории, оба эти периода являются прямыми последствиями физики самого отскока, и для их объяснения не нужно придумывать дополнительные экзотические поля или энергии.
Еще одно важное следствие модели — наличие небольшой положительной кривизны пространства. Вместо абсолютно плоской геометрии Вселенная должна быть чуть замкнутой, похожей на поверхность огромной сферы. Эта кривизна — следствие того самого начального небольшого избыточного сгустка материи, который изначально вызвал гравитационный коллапс. Это предсказание можно проверить уже в ближайшем будущем с помощью космической обсерватории Европейского космического агентства (ЕКА) Euclid. Она уже сейчас измеряет геометрию Вселенной с высокой точностью.
Кроме этого, теория Гастаньяги может помочь объяснить и другие загадочные феномены, с которыми сталкивается современная космология. Например, она предлагает сценарий возникновения супермассивных чёрных дыр в центрах галактик и может пролить свет на природу тёмной материи. Возможно, некоторые чёрные дыры и другие компактные объекты, сформировавшиеся ещё на этапе коллапса, могли выжить после отскока и стать частью наблюдаемой структуры Вселенной. Изучением таких объектов займётся будущая миссия ЕКА ARRAKIHS, которая будет исследовать гало темной материи галактик.
Таким образом, новая модель Гастаньяги предлагает не только избавиться от фундаментальных проблем стандартной теории, но и проверяемые прогнозы. С ее помощью можно получить более ясную и последовательную картину происхождения и устройства Вселенной, встроив ее в уже известные законы природы. В этой новой парадигме Вселенная — не результат уникального события, а часть более широкого космического цикла, закономерно возникающего в результате взаимодействия гравитации и квантовой механики.
Самое популярное
