Нова космологічна модель: як Всесвіт міг утворитися без Великого вибуху
Протягом десятиліть теорія Великого вибуху залишалася найвпливовішою моделлю походження Всесвіту. Вона лягла в основу сучасної космології, дозволивши пояснити космічне розширення, мікрохвильове фонове випромінювання та розподіл галактик у просторі.
Утім, попри успішні передбачення, ця модель має низку теоретичних суперечностей.
Команда дослідників з Університету Портсмута висунула сміливу альтернативу: Всесвіт міг народитися всередині гігантської чорної діри, розташованої у ще більшому Всесвіті. Деталі оприлюднило видання Space.
Хоча загальноприйнята модель Великого вибуху в поєднанні із загальною теорією відносності Ейнштейна успішно пояснює ключові космологічні явища — зокрема, космічний мікрохвильовий фон, великомасштабну структуру Всесвіту та його прискорене розширення — вона залишає низку відкритих питань.
Серед них — нез’ясована природа темної енергії та темної матерії, сингулярність у моменті початку Всесвіту й несумісність між загальною відносністю та квантовою механікою.
Як зазначив професор Портсмутського університету Енріке Гастаньяга, «більшість учених відповіли на ці проблеми, вводячи нові форми енергії, наприклад, так звану темну енергію, або змінюючи самі закони фізики. Але це — радикальні кроки».
Саме тому команда Гастаньяги поставила перед собою інше запитання: чи існує простіше пояснення?
«Наше дослідження почалося з фундаментального питання: чому розширення Всесвіту прискорюється? Увесь наш спостережуваний Всесвіт лежить усередині власного гравітаційного радіуса. Ззовні він виглядає як чорна діра. Це й підштовхнуло нас до ідеї: а що, якби Всесвіт утворився внаслідок процесу, подібного до формування чорної діри?» — пояснив учений.
Класична космологічна модель передбачає, що Всесвіт виник із надзвичайно гарячої й щільної точки — сингулярності, яка зазнала стрімкого розширення в перші частки секунди після Великого вибуху.
«Якщо ми математично повернемо процес назад, застосовуючи відомі фізичні закони, то дійдемо до цієї точки нескінченної щільності, де, згідно з моделлю, зароджуються простір, час і матерія. Оскільки у цій точці фізика перестає діяти, її часто трактують як момент творення — початок усього», — додав Гастаньяга.
Проте нова модель пропонує інший сценарій. Згідно з нею, наш Всесвіт міг не початися з сингулярності, а сформуватися в результаті гравітаційного колапсу великої маси матерії в іншому, більшому Всесвіті. У ході моделювання команда намагалася знайти рішення, яке дозволило б усунути ключові суперечності сучасної космології — і несподівано виявила, що таке аналітичне рішення вже існує в межах відомої фізики.
«За певних умов гравітаційний колапс не завершується сингулярністю — натомість виникає відскок і новий цикл розширення. Цей відскок і є тим, що ми звикли називати Великим вибухом», — пояснив Гастаньяга.
І хоча ідея космічного «відскоку» вже обговорювалася раніше, нова модель є унікальною тим, що не потребує введення гіпотетичних частинок або нових законів. Вона базується виключно на чинних уявленнях про гравітацію, без звернення до спекулятивної фізики.
Дослідник з Портсмутського університету Сварадж Прадхан додав: «Якщо маса об’єкта достатньо велика, гравітація здатна подолати навіть квантові сили, зокрема тиск виродження, який стримує колапс зірок. Ми знаємо ці сили з прикладу білих карликів і нейтронних зір, але досі не маємо емпіричних даних щодо матерії при екстремальних щільностях усередині чорних дір».
Модель також передбачає наявність невеликої позитивної просторової кривизни Всесвіту й існування залишкових об’єктів, таких як первинні чорні діри або нейтронні зорі, що могли утворитися до моменту космічного відскоку.