Бразильский физик предлагает искать следы чёрных дыр из предыдущей Вселенной

Природа космического катаклизма пока не известна.

Иллюстрация University of Southampton

Физики неутомимо ищут следы воздействия тёмной материи на обычную.

Кадр из видео YouTube.

Бразильский физик Джулиано Невес (Juliano Neves) из Университета Кампинаса предлагает пересмотреть Стандартную космологическую модель. Добавив в уравнения новую зависимость, он получил модель Вселенной, которая периодически расширяется и сжимается, не попадая в состояние сингулярности. Чтобы подтвердить гипотезу, учёный предлагает искать следы чёрных дыр, существовавших на предыдущей фазе сжатия.

Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале General Relativity and Gravitation.

Согласно современным представлениям космологов, примерно 14 миллиардов лет назад Вселенная была очень горячей и очень плотной. В то время не существовало атомов и вообще ничего похожего на современный космос.

По мере того как Вселенная расширялась, температура снижалась, и мир становился всё более похожим на наш. Уравнения общей теории относительности (ОТО), о которой мы немного рассказывали, говорят, что расширение началось в некоторый момент времени, который космологи принимают за точку отсчёта и считают "нулевым". Его можно считать моментом рождения Вселенной, какой мы её знаем.

Беда в том, что, согласно уравнениям, в этот момент температура и плотность были бесконечны. Это состояние называется космологической сингулярностью. Но физические величины не могут принимать бесконечных значений. Значит, хотя теория указывает на существование "нулевого" момента, она не может описать Вселенную в сам этот момент. Здесь теория просто не работает. Тем более она не позволяет поставить вопрос, что было до него. Есть популярная аналогия: спрашивать, что было до Большого взрыва, – всё равно что спрашивать, что южнее Южного полюса. Сама построенная человеком координатная сетка такова, что южнее не может быть ничего.

Как справиться с этой трудностью с моментом t = 0? Изменив теорию, которую специалисты называют Стандартной космологической моделью, а широкая публика – теорией Большого взрыва. Она реконструирует историю наблюдаемой Вселенной, опираясь на самые глубокие на сегодняшний день знания о фундаментальных физических законах. В частности, для описания гравитации в ней используется ОТО.

Физики неутомимо ищут следы воздействия тёмной материи на обычную.

Стандартная космологическая модель сделала множество прогнозов, которые подтвердились наблюдениями, а это и есть признак успешной научной теории. Но у каждой теории есть границы применимости.

Специалисты с уверенностью говорят, что эта теория правильно описывает мир, начиная, по крайней мере, с первых секунд после "нулевого" момента. Есть более смелое предположение, что она является справедливой и в триллионные доли секунды после "начала", но здесь мы уже выходим за пределы экспериментально проверенных законов физики. Самые смелые теоретики называют цифру 10-32 секунды. Что было раньше? Это неизвестно.

Поэтому космологи разрабатывают новые теории, призванные ответить на этот вопрос. Новая теория должна совпадать со Стандартной космологической моделью, начиная с тех времён, которые последняя заведомо описывает, но освещать более ранние эпохи и преодолеть трудности с "нулевым моментом" – возможно, попросту устранив его.

Здесь мейнстримом является теория космологической инфляции, которая уже успешно предсказала результаты некоторых наблюдений. Подробнее о ней можно прочесть в замечательной научно-популярной книге Брайана Грина "Ткань космоса: пространство, время и текстура реальности".

Но на самой границе неизведанного всегда есть место альтернативным подходам. Вот и бразильский физик предложил один из них.

В своей работе Невес предлагает изменить одно из уравнений стандартной теории. В нём есть функция, известная как масштабный фактор, которая описывает расширение пространства. В общепринятой модели масштабный фактор зависит только от времени. Учёный предлагает добавить зависимость ещё и от координаты.

Получившиеся уравнения, как объясняет пресс-релиз исследования , описывают Вселенную, в которой расширение сменяется сжатием, за которым снова следует расширение. В момент максимального сжатия условия весьма экстремальны, но плотность и температура всё же не обращаются в бесконечность. Точки сингулярности нет. Проблем с тем, "что было до", тоже: до расширения было сжатие, ещё раньше – предыдущее расширение и так далее.

Идею Невес позаимствовал из работы Джеймса Бардина (James Bardeen), который в 1968 году применил похожий приём, описывая чёрные дыры. В них тоже, согласно классическим уравнениям теории гравитации, плотность обращается в бесконечность, что недопустимо. Бардин ввёл в уравнения дополнительную зависимость массы чёрной дыры от расстояния до её центра (согласно существующим представлениям, масса постоянна, если мы не говорим о поглощении новых объектов). Таким образом он описал новый теоретический объект – регулярные чёрные дыры (regular black holes), в которых не возникает сингулярности. Такая конструкция, подчёркивает Невес, не противоречит ОТО и периодически оказывается в поле внимания физиков-теоретиков.

Любопытная особенность гипотезы бразильца: учёный не исключает, что некоторые объекты, существовавшие в фазе сжатия Вселенной, могли оставить следы, которые под силу найти астрофизикам. В частности, он говорит об остатках чёрных дыр, которые могли достаться нам "в наследство" от прошлой Вселенной. Как именно обнаружить эти остатки, теоретик, впрочем, не поясняет.

К слову, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) ранее писали и о других альтернативных космологических моделях. Например, о модели "двух Больших взрывов" и о гипотезе, что Вселенная не расширяется. Что, впрочем, не отменяет того факта, что стандартная теория получает всё новые подтверждения.