Происхождение Вселенной предложили пересмотреть с помощью численной относительности
Устройство Вселенной обычно описывают с помощью уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Но чтобы понять, как гравитация ведет себя в экстремальных условиях — например, при рождении черных дыр или в момент гипотетической инфляции — классического подхода недостаточно. Сделать это можно, как показали авторы нового исследования, обратившись к методу численной относительности.
Могла ли Вселенная переживать циклы сжатий и расширений? Почему стала такой однородной и изотропной? Что было до Большого взрыва? Подобные вопросы десятилетиями считались слишком «метафизическими» для науки, поскольку там, где плотности и температуры устремляются в бесконечность — то есть в экстремальных условиях — стандартные уравнения ОТО, описывающие гравитацию, «ломаются».
Возможный выход из положения нашла группа космологов и астрофизиков, показав, что численная относительность — метод компьютерного моделирования, позволяющий приблизительно решать уравнения ОТО, может оказаться ключом к самым неразрешимым загадкам космологии. Результаты научной работы, проведенной Джосу Ауррекоэчеа (Josu C. Aurrekoetxea) из Оксфордского университета (Великобритания), Кэти Клаф (Katy Clough) из Лондонского университета королевы Марии и Юджин Лим (Eugene A. Lim) из Королевского колледжа Лондона, опубликованы в журнале Living Reviews in Relativity.
Если раньше численную относительность использовали в основном для расчетов гравитационных волн от слияний черных дыр и нейтронных звезд, то теперь ее можно применить для изучения космологической сингулярности (состояния Вселенной до Большого взрыва), ранней инфляции (сверхбыстрого расширения молодой Вселенной) и циклической модели, предложенной нобелевским лауреатом Роджером Пенроузом, согласно которой Вселенная многократно рождается и умирает.
Подход, по мнению ученых, позволит отказаться от упрощающего предположения об однородности и симметричности пространства. Обобщив все имеющиеся данные о применении численной относительности в космологии, Клаф, Лим и Ауррекоэчеа показали, какие перспективы она открывает.
Речь идет о методе, разработанном в 1960-х годах для изучения черных дыр, который в 2005 году позволил впервые численно смоделировать их слияние. В в 2015 году детекторы LIGO и VIRGO зарегистрировали реальный сигнал гравитационных волн — он оказался именно таким, как предсказывали расчеты. Теперь его «перевод» в область космологии может помочь в проверке самых смелых гипотез.
К ним относятся существование космических струн — гипотетических дефектов в ткани пространства-времени, способных порождать гравитационные волны, образование первичных черных дыр и возможные столкновения вселенных. Численная относительность также может пригодиться в решении проблемы так называемой обратной реакции — вопросу о влиянии локальных неоднородностей на эволюцию космоса в целом.
Особенно важна инфляция молодой Вселенной, существование которой предполагает ряд ученых. Поясним: чтобы описать этот процесс с помощью уравнений ОТО, физики вынуждены изначально закладывать в модель однородность и изотропность пространства, в то время как численная относительность позволяет отказаться от этих ограничений.
Таким образом, предложенный метод — не экзотическая «игрушка» для специалистов по черным дырам, а инструмент, потенциально способный изменить наши представления о прошлом и будущем Вселенной. Проблема в том, что такие вычисления требуют колоссальных ресурсов, а значит численная относительность может стать полноценной лишь с появлением еще более мощных суперкомпьютеров.
«Мы надеемся объединить усилия космологов и специалистов по численной относительности. Так первые смогут заниматься вопросами, которые раньше казались недостижимыми, а вторые — применять свои методы к самым захватывающим загадкам Вселенной», — отметили авторы научной работы.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В эпоху искусственного интеллекта и стремительного развития технологий знание языка становится инструментальной компетенцией, а умение работать с учетом культурного контекста — стратегической. В День филолога, кандидат педагогических наук Екатерина Щавелева, заведующая кафедрой иностранных языков и коммуникативных технологий НИТУ МИСИС рассказывает, как гуманитарное образование приобретает новую ответственность и какое будущее у межкультурной коммуникации.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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