Возможно, фундаментальные свойства пространства на квантовом уровне предопределили равномерность и однородность Вселенной практически с момента ее появления. Этот вывод был сделан исследователями в результате анализа современной теории квантовой гравитации. Согласно их расчетам, любые отклонения в скорости расширения космоса в разных плоскостях — анизотропии – автоматически нивелируются, не требуя дополнительных факторов. Если эти результаты окажутся верными, они могут пролить свет на одну из ключевых проблем современной науки о Вселенной: как изначально неравномерная структура ранней Вселенной эволюционировала до той гладкой конфигурации, которую мы видим сейчас.

Предполагается, что в первые моменты своего существования Вселенная находилась в состоянии невероятной плотности и высокой температуры. В некоторых теоретических построениях, основанных на принципах петлевой квантовой космологии (ПКК), концепция классической сингулярности Большого взрыва заменяется явлением так называемого «квантового отскока»: вместо состояния с бесконечной концентрацией энергии происходит переключение Вселенной из фазы сжатия в режим расширения.

Следует подчеркнуть, что петлевая квантовая космология является одним из направлений более общей теории, петлевой квантовой гравитации (ПКГ) – подхода к объединению Общей Теории Относительности (ОТО) и принципов квантовой механики.

Существующие теории сталкиваются с существенной трудностью: при сжатии Вселенная может утрачивать свою однородность. Пространство начинает растягиваться и сокращаться по-разному в различных областях, что приводит к возникновению неоднородностей, способных помешать дальнейшему развитию космоса и противоречить эмпирическим данным. В связи с этим исследователи активно ищут факторы, которые естественным образом нивелируют подобные отклонения.

Группа ученых во главе с Вэнь-Цунем Ганом из Педагогического университета Цзянси (Китай) провела исследование, посвященное усовершенствованной версии петлевой квантовой космологии (ПКК), известной как mLQC-I. Данная модификация отличается от классической теории тем, что иначе трактует квантовые характеристики пространства и времени, что приводит к изменению динамики Вселенной в период близкий к моменту Большого Отскока.

В качестве инструмента для анализа была использована модель анизотропной Вселенной Бианки I. Данная концепция предполагает возможность неравномерного расширения пространства в разных направлениях. Этот метод позволил отследить влияние квантовых явлений на подавление подобных различий.

Полученные результаты демонстрируют, что непосредственно после этапа квантового скачка показатель анизотропии пространства начинает стремительно снижаться. Примечательно, что этот процесс слабо зависит от состава Вселенной – будь то обычная материя, излучение или другие формы вещества и поля, которые учитываются в космологических моделях. Фактически, сама структура пространства на квантовом уровне выступает как естественный механизм выравнивания, быстро приводящий к равномерному расширению во всех направлениях.

Для подтверждения полученных данных был проведен численный анализ нескольких различных сценариев развития событий. Во всех случаях наблюдалось сначала прохождение через квантовый отскок, за которым следовало стремительное начало фазы расширения. В отличие от традиционной инфляционной модели, где неоднородности сохраняются, в модифицированной теории mLQC-I они быстро исчезают уже на ранних этапах развития Вселенной. Скорость этого процесса оставалась практически неизменной независимо от начальных параметров и типа материи, что свидетельствует об универсальности данного эффекта.

Согласно мнению авторов исследования, разработанный подход способен устранить потребность во вспомогательных процессах для ограничения неоднородностей в космологических моделях. Обобщения полученных данных опубликованы в журнале Physical Review Letters.

В случае подтверждения представленных результатов, модифицированная ПКК может стать одним из наиболее удачных способов описания ранней Вселенной. Данная модель позволяет понять причины того, почему после периода экстремальных условий первые моменты существования космоса приобрели ту однородность и изотропность, которую мы наблюдаем в настоящее время. Важно отметить, что данное исследование носит чисто теоретический характер и пока не имеет эмпирического подтверждения, однако уже спровоцировало оживленную дискуссию среди специалистов.