Астрономы нашли следы чёрных дыр из предыдущей вселенной

Новые наблюдения реликтового излучения, похоже, подтверждают экзотическую теорию, согласно которой у Вселенной есть "предки" и будут "потомки". Речь идёт о том, что событие, воспринимаемое нами как Большой взрыв, могло быть концом предыдущего космоса, а последняя стадия жизни нашей Вселенной станет Большим взрывом для следующей. Такие выводы сделаны в научной статье, препринт которой опубликован на сайте arXiv.org группой во главе со всемирно известным физиком Роджером Пенроузом.

В своё время Пенроуз предложил собственную космологическую модель, обобщающую современную теорию Большого взрыва. В первую очередь она касается того, что произойдёт с нашим миром в самом отдалённом будущем.

По мнению учёного, наступит момент, когда в мире не останется ничего, имеющего массу. Материя будет состоять только из безмассовых частиц, в частности, фотонов и гравитонов (гипотетических частиц, отвечающих за гравитационное взаимодействие).

Прежде всего, существенная часть массы в такой "весьма послезавтрашней" Вселенной будет сосредоточена в чёрных дырах. Но Стивен Хокинг теоретически доказал, что они постепенно испаряются, испуская как раз фотоны и гравитоны. Правда, это очень слабое излучение, и наблюдать его практически невозможно, но экспериментаторы воспроизвели этот процесс на своего рода действующих моделях чёрных дыр. Так вот на испарение всех чёрных дыр понадобится немыслимое количество времени: порядка 10¹⁰⁰ лет. Для сравнения: с момента Большого взрыва на сегодняшний день прошло около 10¹⁷ секунд.

Разумеется, не вся материя станет частью чёрных дыр. Однако, по мнению Пенроуза, и "свободное" вещество будет постепенно превращаться в безмассовые частицы. Напомним, к слову, что и сегодняшняя материя не всегда имела массу. Она приобрела её в первые доли секунды после Большого взрыва благодаря не так давно открытому бозону Хиггса. За потерю массы будет отвечать в чём-то аналогичный механизм, только запущенный в обратном направлении.

Что же случится, когда во Вселенной не останется массы? Со времён Эйнштейна известно, что не бывает общего для всех пространства и времени. И о ходе времени, и о расстояниях между точками можно говорить только относительно какого-нибудь тела. С этим телом, как говорят физики, связывается система отсчёта.

Однако фотоны, гравитоны и другие безмассовые частицы движутся со скоростью света. А с такими телами, как показал всё тот же Эйнштейн, связать систему отсчёта нельзя. Другими словами, во Вселенной не останется ничего, что могло бы играть роль часов или линеек. В каком-то смысле можно сказать, что больше не будет ни пространства, ни времени.

Пенроуз обратил внимание, что такое положение дел чрезвычайно похоже на ситуацию, предшествующую Большому взрыву. Строгие математические выкладки показали, что эти два состояния по существу эквивалентны.

Таким образом, по версии Пенроуза, сценарий жизни Вселенной выглядит так. Пространство расширяется, вещество распределяется по нему, частично скапливаясь в чёрных дырах. Постепенно это вещество "испаряется", превращаясь в безмассовые частицы. Наступает момент, когда в мире не остаётся массы. В этой точке, можно сказать, исчезают пространство и время, поскольку не остаётся ничего, что могло бы служить точкой отсчёта. И здесь происходит Большой взрыв, дающий начало следующей вселенной. Подчеркнём, что в этой модели расширение пространства отнюдь не сменяется сжатием, в отличие от некоторых других теорий циклической космологии.

(иллюстрация Perimeter Institute).

Таким, по мысли Пенроуза, будет конец наблюдаемого космоса. И таким же был финал истории предыдущего мира. Известный нам Большой взрыв – не начало всего, а только звено в бесконечной цепи рождения и смерти вселенных. Наша – не первая и не последняя среди них.

Но это только модель, и помимо строгих вычислений и доказанных фактов она опирается на некоторые упрощения и предположения (как, впрочем, и любая другая космологическая теория). Большинство космологов не соглашаются с выводами Пенроуза, отдавая предпочтение инфляционной модели и гипотезе мультивселенной. Об этих тесно связанных теориях "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали. Так как же можно проверить теоретические построения учёного?

Дело в том, что предыдущая вселенная, согласно вычислениям Пенроуза, исчезла не совсем бесследно. Некоторые процессы и события, происходившие в ней, могли оказать влияние на сегодняшний космос, и мы можем обнаружить их следы.

В своей статье Пенроуз и коллеги описывают определённые структуры, обнаруженные в распределении реликтового излучения, которые они называют аномальными индивидуальными точками. В ранней Вселенной в этих точках, видимо, была сконцентрирована большая энергия. Откуда она взялась? Авторы полагают, что это следы испарявшихся сверхмассивных чёрных дыр из предшествующей Вселенной.

Как мы уже упоминали, излучение испаряющейся чёрной дыры очень слабое, поэтому ей нужно невероятно много лет, чтобы испариться. Однако вблизи точки перехода в следующую вселенную пространство и время в окрестностях чёрной дыры выкидывают странный фокус. Согласно расчётам Пенроуза, огромная энергия, выделившаяся за целые эпохи испарения чёрной дыры, в новой вселенной выделяется из одной точки с рождением огромного числа частиц. Это вносит дополнительный вклад в реликтовое излучение, который мы сейчас и наблюдаем.

Отметим, что в 2010 году Пенроуз в соавторстве с другим физиком уже публиковал сообщение о подобном открытии. Однако его выводы подверглись критике со стороны коллег. Оппоненты указывали (например, здесь и здесь), что результат мог быть лишь случайной комбинацией шумов.

В этот раз команда Пенроуза постаралась исключить возможность такой ошибки. Авторы смоделировали на компьютере структуры, которые могут возникать из такого наложения шумов, и убедились, что сегодняшние результаты нельзя списать на этот эффект.

Теперь остаётся подождать реакции сообщества специалистов на это исследование. Возможно, что в нём найдут незамеченные авторами недочёты, сводящие на нет обнаруженный эффект. Не исключено также, что аномалии в распределении реликтового излучения действительно существуют, но их можно объяснить другими процессами. Однако если открытие подтвердится, а менее революционной его интерпретации не найдут, то экстравагантная модель Пенроуза получит весомый довод в свою пользу. И тогда наши представления о Вселенной могут измениться радикальным образом.

Напомним, что "Вести.Наука" ранее писали и о других экзотических космологических теориях. Например, мы рассказывали о гипотезах, утверждающих, что Вселенная не расширяется, что больших взрывов было несколько и что в космосе нет тёмной энергии.