Большой взрыв обычно рассматривается как отправная точка существования Вселенной — момент, когда возникли пространство, время и материя. Но что, если это не было началом? В новой статье, в журнале Physical Review D, группа учёных, включая автора этой работы, предлагает иную версию событий. Согласно расчётам, Большой взрыв мог быть не исходной точкой, а результатом гравитационного коллапса, приведшего к образованию сверхмассивной чёрной дыры, внутри которой произошёл «отскок».
Данная концепция, получившая название «Вселенная из чёрной дыры», радикально пересматривает взгляды на происхождение космоса, однако базируется на общепринятых физических законах и эмпирических данных.
Современная космологическая модель, опирающаяся на теорию Большого взрыва и инфляционной эпохи (предположения о чрезвычайно быстром расширении Вселенной на ранних этапах), предоставляет успешное объяснение структуры и развития космоса. Тем не менее, она сталкивается с существенными проблемами. В частности, модель предполагает наличие сингулярности – точки с бесконечной плотностью, где перестают действовать известные законы физики. Это не просто техническое затруднение, а принципиальное ограничение, демонстрирующее неполноту нашего представления о происхождении Вселенной.
Для описания крупномасштабной структуры Вселенной физики предложили концепцию инфляции — периода чрезвычайно быстрого расширения, обусловленного гипотетическим полем с уникальными характеристиками. В дальнейшем, чтобы объяснить наблюдаемое ускорение расширения, был добавлен ещё один таинственный элемент — тёмная энергия.
Стандартная модель успешно функционирует, однако для её работы необходимо постулировать существование сущностей, которые невозможно наблюдать непосредственно. Тем не менее, остаются без решения принципиальные вопросы: каковы истоки всего существующего? Что послужило причиной начала развития Вселенной именно таким образом? И почему она обладает свойством плоскости, однородности и является столь масштабной?
Новая модель предполагает альтернативный взгляд, фокусируясь не на расширении, а на коллапсе. Исследователи проанализировали, какие изменения происходят, когда чрезвычайно плотное вещество сжимается под воздействием гравитации. Этот процесс известен: звёзды коллапсируют, образуя чёрные дыры – одни из наиболее изученных объектов во Вселенной. Однако, что происходит с материей внутри чёрной дыры, за пределами горизонта событий, по-прежнему остаётся неразгаданной тайной.
В 1965 году британский физик Роджер Пенроуз показал, что гравитационный коллапс в определенных ситуациях обязательно приводит к образованию сингулярности. Эта работа, в дальнейшем дополненная Стивеном Хокингом, стала основой теории, утверждающей неизбежность сингулярностей, как в черных дырах, так и в момент Большого взрыва.
Данные заключения применимы к классической физике, изучающей макроскопические объекты. Однако, если рассматривать квантовые эффекты, приобретающие решающее значение при экстремальных плотностях, ситуация может оказаться иной.
Согласно недавнему исследованию, гравитационный коллапс не всегда приводит к образованию сингулярности. Математические модели показывают, что по мере сближения с точкой максимального сжатия размеры Вселенной изменяются в соответствии с гиперболическим законом, что обуславливает не коллапс, а «отскок» — переход в фазу расширения.
В чём же причина, по которой теоремы Пенроуза исключают такую возможность? Всё объясняется принципом квантового исключения Паули, который не позволяет одинаковым частицам (фермионам) находиться в одном и том же квантовом состоянии. Данное правило препятствует бесконечному сжатию материи, вынуждая коллапс прекратиться и перейти в фазу расширения.
Для реализации данного процесса не нужны экзотические поля, дополнительные измерения или спекулятивные физические концепции — достаточно общей теории относительности и квантовой механики.
Вдобавок, после фазы «отскока» формируется Вселенная, во многом напоминающая нашу. Эта модель также предлагает естественное объяснение двум этапам ускоренного расширения — инфляции и тёмной энергии, — причём эти этапы связаны не с гипотетическими полями, а с физическими процессами, происходящими во время «отскока.
Новая теория обладает важным преимуществом – её положения могут быть проверены экспериментально. Она предполагает, что Вселенная характеризуется небольшой положительной кривизной, аналогичной форме поверхности Земли. Подтверждение этого эффекта будущими наблюдениями, такими как данные, полученные в ходе миссии Euclid, станет весомым доказательством в поддержку гипотезы «отскока».
Модель также способна помочь в понимании других нерешённых вопросов, включая происхождение сверхмассивных чёрных дыр, природу тёмной материи и процессы формирования галактик. Изучение этих вопросов планируется продолжить в рамках будущих космических миссий, в частности, Arrakhis, которая будет исследовать гало звёзд и спутниковые галактики.
Новая теория пересматривает представление о роли человечества во Вселенной. Согласно ей, наша наблюдаемая Вселенная расположена внутри чёрной дыры, образовавшейся в более масштабной «родительской» Вселенной. Это сопоставимо с переходом от геоцентрической модели к гелиоцентрической: мы не являемся центром мироздания, а лишь составляющая бесконечного цикла, определяемого гравитацией и квантовыми законами.
Возможно, Большой взрыв не является отправной точкой, а представляет собой лишь один из этапов непрерывного развития Вселенной.