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 Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Астробиологи с помощью сложных трехмерных климатических моделей доказали, что растительная жизнь на Земле способна просуществовать еще около 1,8 миллиарда лет. Это значительно дольше, чем предсказывали предыдущие расчеты.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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