Фізика досі не має остаточної відповіді на одну з ключових проблем сучасної науки, а саме як поєднати квантову механіку та Загальну теорію відносності. Обидві теорії надзвичайно точно описують реальність у своїх масштабах, але між собою вони несумісні. Нова спроба об’єднати ці підходи повертає увагу до події, яка дала початок усьому, тобто до Великого вибуху.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
У нещодавній публікації в журналі Physical Review Letters група фізиків з Університету Ватерлоо та Інституту периметру в Канаді представила новий підхід. Вони припускають, що стрімке розширення Всесвіту на самому початку його існування узгоджується з однією з моделей квантової гравітації. Згідно з їхніми математичними розрахунками, Великий вибух природно випливає з цієї теорії, яка отримала назву квадратична гравітація і є модифікованою версією класичної теорії Ейнштейна.
Один із авторів роботи, теоретичний космолог Жером Квентен, пояснив, що цей підхід можна уявити як піднесення ідей Ейнштейна до другого степеня. За його словами, дослідження поєднує строгі обчислення з квантової теорії поля з реальними космологічними сценаріями та спостереженнями. Це дає змогу не лише формулювати абстрактні ідеї, а й перевіряти їх на практиці.
Під Великим вибухом мається на увазі подія, яка запустила процес формування Всесвіту у вигляді, який ми спостерігаємо сьогодні. У загальноприйнятій моделі Всесвіт починався як надзвичайно малий, гарячий і щільний стан, який при цьому був однорідним і ізотропним. Про це зазначила керівниця дослідження Руолін Лю, постдокторантка, у коментарі для Gizmodo.
Найпоширенішим поясненням початкового розширення є сценарій інфляції. Він передбачає існування гіпотетичної частинки інфлатона, яка спричинила короткий період надшвидкого розширення на ранніх етапах існування Всесвіту. Однак ця модель має обмеження, оскільки втрачає узгодженість, якщо просуватися до ще більш ранніх моментів часу, що відповідають екстремально високим енергіям.
Дослідники поставили перед собою завдання знайти пояснення Великого вибуху без введення великої кількості додаткових припущень. Вони також прагнули включити квантові ефекти в опис цього процесу. Як рішення було обрано модель квадратичної гравітації, яка, відповідно до роботи, залишається математично стабільною навіть за умов надвисоких енергетичних рівнів, характерних для початку Всесвіту.
Результати розрахунків виявилися несподіваними. Квадратичні члени у рівняннях самі по собі запускають процес космічного розширення. Після цього структура простору і часу переходить до поведінки, яку вже описує загальна теорія відносності. Додатково, як зазначає Лю, отримані передбачення добре узгоджуються з сучасними астрономічними спостереженнями, які у деяких випадках не співпадають з традиційнішими інфляційними моделями.
Важливою перевагою запропонованого підходу є можливість його перевірки. Це нетипово для теорій квантової гравітації, які часто залишаються суто теоретичними. Модель передбачає існування мінімального рівня гравітаційних хвиль, що виникли під час інфляції, і які зможуть зафіксувати детектори нового покоління.
Старший автор дослідження Ніаєш Афшорді наголосив, що квантову гравітацію зазвичай сприймають як абстрактну концепцію без практичного застосування. Водночас їхня робота демонструє, що її можна пов’язати з конкретними космологічними сценаріями, які мають чіткі передбачення і піддаються перевірці як зараз, так і в майбутньому.
Якщо ці результати підтвердяться як з теоретичної, так і з експериментальної точки зору, наслідки можуть бути справді революційними. Проте наразі робити остаточні висновки зарано, оскільки нова модель ще має пройти незалежну перевірку і підтвердження експериментами.
Попри це, сучасна космологія переживає період стрімкого розвитку. Наприклад, запуск космічної обсерваторії LISA, здатної перевірити подібні передбачення, запланований орієнтовно на 2035 рік. Космічний телескоп Nancy Grace Roman після подолання бюджетних труднощів також має бути запущений за планом. Водночас обсерваторія Vera C. Rubin вже активно забезпечує науковців величезною кількістю нових спостережень.
Навіть якщо ця теорія не стане остаточним поясненням, нинішній етап розвитку науки дозволяє поступово переводити гіпотези у площину перевірюваних ідей. Саме це відкриває нові можливості для розуміння походження Всесвіту.
Читайте також:
- Телескоп Вебба знову перевершив себе: Вчені отримали нові дані про ранній Всесвіт
- Вчені отримали найчіткіше уявлення про розширення Всесвіту і темну енергію