Физики объяснили возникновение Вселенной без сингулярности
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Общая теория относительности (ОТО) прекрасно описывает движение планет, черные дыры и расширение Вселенной. У нее, однако, есть важное ограничение: при экстремально высоких энергиях, например, вблизи момента Большого взрыва, она становится ненадежной. Уравнения приводят к сингулярности — состоянию с бесконечной плотностью и кривизной пространства-времени, где привычные законы физики теряют смысл. Это означает, что ОТО, вероятно, не окончательная теория, а низкоэнергетическое приближение к чему-то более фундаментальному.
Одним из возможных кандидатов считается квантовая гравитация. Согласно ей, на очень высоких энергиях привычная гравитация меняется, дополняясь новыми квантовыми эффектами, связанными с тем, как искривлено пространство-время. Такие поправки давно рассматриваются как способ сделать гравитацию пригодной для описания высоких энергий.
Именно на этой идее построена знаменитая инфляционная модель Старобинского, где ранняя Вселенная переживает фазу стремительного расширения. Однако новые космологические данные все чаще ставят эту классическую версию под сомнение.
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, предложили более радикальный сценарий. Вместо того чтобы добавлять поправки к ОТО, физики предположили, что в самом начале существовала только чистая квантовая гравитация. И лишь позже, по мере охлаждения и расширения Вселенной, «возникла» теория Эйнштейна (как эффективное описание низких энергий).
Параметры такой теории не постоянны и меняются вместе с масштабом: взаимодействия на сверхвысоких энергиях становятся слабее. Этот режим ученые называют асимптотической свободой. Он позволяет описывать самые ранние этапы существования Вселенной без математических бесконечностей, которые возникают в ОТО.
Именно такое поведение параметров, по расчетам, может естественным образом запускать инфляцию — период крайне быстрого расширения Вселенной. Отметим, сама по себе теория инфляции на данный момент не доказана эмпирическими наблюдениями, в отличие от модели Большого взрыва, которая хорошо подтверждается наблюдениями.
В новой модели пространство сначала находится в почти стабильном состоянии, но квантовые эффекты постепенно «сдвигают» его динамику, и космос начинает стремительно расширяться. Это расширение похоже на плавное скатывание системы с почти ровной поверхности, где небольшие квантовые изменения со временем накапливаются и меняют эволюцию Вселенной.
После окончания инфляции сценарий становится менее привычным. В стандартных космологических моделях поле, отвечающее за инфляцию, начинает колебаться и передает свою энергию частицам, «разогревая» Вселенную. В новой работе этого не происходит в традиционном смысле: система переходит в режим, где главную роль играет не потенциальная энергия поля, а его движение — именно оно определяет дальнейшую эволюцию космоса.
Дальше — самое интересное. При еще более низких энергиях теория выходит за пределы области, где можно использовать обычные вычисления. В этой зоне, как полагают авторы статьи, квантовая гравитация становится сильной и именно здесь может возникать привычная гравитация Эйнштейна. После этого Вселенная переходит в стандартную горячую фазу, в которой уже формируются элементарные частицы, излучение и будущие структуры вроде галактик.
Особенно интересно, что такую модель можно проверить наблюдениями. Она дает конкретные предсказания для характеристик реликтового излучения — слабого «эха» ранней Вселенной, которое фиксируют космические телескопы. В частности, речь идет о параметрах, описывающих распределение первичных флуктуаций и гравитационных волн. Иными словами, физики показали, что их сценарий может лучше согласовываться с современными данными, чем классическая модель инфляции, хотя различия пока находятся на грани точности измерений.
Модель, при этом, требует довольно необычного условия: существования очень большого числа дополнительных квантовых полей. Это выглядит экзотично, но в некоторых теоретических подходах подобные наборы не исключены.
Важно понимать, что речь идет о теоретической гипотезе. Квантовая гравитация пока остается областью без прямых экспериментальных подтверждений, и ни одна из подобных моделей не имеет наблюдательных доказательств своего существования. То есть новая исследование предлагает математически последовательный сценарий ранней Вселенной, который можно тестировать в будущих космологических наблюдениях. Правда, до проверки этой картины еще далеко.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Вода из другой звездной системы оказалась не похожа на земную: в составе третьего межзвездного объекта нашли рекордное содержание дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Этот химический след указывает на необычные условия формирования системы, где возникла комета, и меняет представления о сценариях рождения далеких планетных систем.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии