Бразильский физик предлагает искать следы чёрных дыр из предыдущей Вселенной

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.

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.