Отскок Вселенной: противоположность Большенному Взрыву

    Граждан все время увлекали две главные теории об происхождении Вселенной. «В какой-то из них Вселенная появляется в едином моменте творения (как только в иудеохристианской и бразильской космогонии)», писали космологи Марио Новелло и Сантьяго Перес-Берглиффа в 2008 году. В альтернативный — «Вселенная нетленна и состоит из нескончаемой серии циклов (как только в космогонии вавилонян и египтян)». Зонирование в современной космологии «каким-то образом эхом вторит космогоническим мифам», писали космологи.

    Может появиться, что особенного противостояния в крайние несколько десятилетий и не существовало. Теория Немалого Взрыва, обычная тематика в учебниках и телепрограммах, пользуется мощной поддержкой у современных космологов. Картинка нескончаемой вселенной существовала предпочтительней подле сотки годов назад, однако растеряла поддержку, когда астрологи заметили, что космос расширяется и что он был миниатюрным и примитивным 14 млрд годов назад. В самой пользующейся популярностью современной версии данной теории Объемной Взрыв начался с эдак именуемой «космической инфляции» — всплеска экспоненциального расширения, в процессе коего нескончаемо минимальный кусок пространства-времени раздулся в огромнейший, тонкий, макроскопический космос, который с того времени продолжал расширяться.

    Сейчас, используя один начальный ингредиент (инфлатонное поле), инфляционные фотомодели воспроизводят почти все узнаваемые детали космоса. Однако в качестве истории происхождения теория инфляции проигрывает почти во всем: невнятно, что ей же предшествовало и существовало перед началом. Почти все теоретики считают, что инфлатонное поле обязано очевидным образом вписываться в наиболее полную, хоть и пока что безизвестную, теорию происхождения времени.

    За крайние пару лет больше космологов стали осторожно пересматривать кандидатуру. Рассказывают, что Объемной Взрыв мог быть… Наибольшим Отскоком. Некие космологи предпочитают созидать картинку, в какой Вселенная расширяется и циклически сжимается как будто легкое, отскакивая каждый раз, когда сжимается перед началом конкретного объема; альтернативные же подразумевают, что космос отпрыгнул только раз — и что он сжимался перед началом отскока в течение нескончаемо длительного времени и будет расширяться нескончаемо длительно после чего. В хоть какой фотомодели время продолжает течь в прошедшее и будущее без финала.

    С современной наукой существуют надежда разрешить эту античную дискуссию. В наиблежайшие годы телескопы обязаны определить убедительные подтверждения галлактической инфляции. Во время первого буйного увеличения — если он был — квантовая рябь на ткани пространства-времени обязана существовала вытянуться и отпечататься в образе маленьких завихрений в поляризации древнейшего света — космического микроволнового фона. Опыты с ролью современных и грядущих телескопов отыскивают эти завихрения. Ежели них и не отыщут за последующие несколько десятилетий, это же а также и не будет означать, что теория инфляции ошибочна (наконец, эти завихрения умеют очень бесцветными), однако зато укрепит позиции космологии отскока, по которой этих завихрений и не обязано быть.

    Несколько групп ученых сразу достигнули поразительного прогресса. В минувшем году физики обусловили два новеньких случая вероятного отскока. Одна из моделей, описанная в работе, показавшейся в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, существовала представлена Анной Идджас из Колумбийского вуза, в продолжение ее предшествующей работы вместе с космологом Полом Штейнхардтом. Непредвиденно, однако альтернативное новое решение с отскоком, общеустановленное к публикации в Physical Review D, существовало предложено Питером Грэмом, Дэвидом Капланом и Сурджитом Рахендраном, ладно знаменитой тройкой ученых, кои занимались все больше вопросцами физики частиц не имели взаимоотношения к обществу космологов отскока.

    Вообщем, этот вопросец заполучил новое значение в 2001 году, когда Штейнхардт и гораздо три космолога заявили, что период неспешного сжатия в истории Вселенной может растолковать ее исключительную гладкость и плоскость, кои мы смотрим сейчас, даже опосля отскока — без целесообразности подключать инфляцию.

    Идеальная простота вселенной, тамошний факт, что ни одна область неба и не содержит все больше материи, чем неважно какая иная, и что место так плоское, как умеют созидать телескопы, — все это же изумительно и необъяснимо. Дабы космос был так однородным, каким он является, специалисты полагают, что когда космос был сантиметр в диаметре, он был должен иметь схожую герметичность везде в границах одной части на 100 000. Однако по мере увеличения из маленьких объемов, материя и энергия обязаны были немедля комковаться и искажать пространство-время. Посему же наши телескопы и не лицезреют вселенную, разрушенную гравитацией?

    «Инфляция получилась из идеи тамошнего, что гладкость и плоскость вселенной — это же безумие», разговаривает космолог Нил Турок, директор Колледжа теоретический физики Периметра в Ватерлоо, Онтарио, и соавтор работы 2001 года на тематику галлактического сжатия, напечатанной Штейнхардтом, Джастином Хоури и Бертом Оврутом. По сценарию инфляции, регион размером с сантиметр получился в ходе инфляционного расширения гораздо наименьшего региона — небольшого пятнышка размером и не все больше одной триллионной от триллионной толики сантиметра. Растягиваясь в плоском и гладком инфлатонном поле, это же пятнышко и не обязано существовало проходить сквозь мощные флуктуации места и времени и вытянулось в огромную и гладкую вселенную вроде нашей. Раман Сундрум, физик-теоретик из Вуза Мэриленда, произнес, что в инфляции ему же нравится «встроенная отказоустойчивость». Ежели в ходе фазы взрывного увеличения и существовало скопление энергии, которое искажало пространство-время в конкретном месте, эта концентрация обязана существовала резво расшириться.

    Но откуда непосредственно наступило это же неописуемо малюсенькое пятнышко и посему оно существовало этаким гладким и плоским, никто и не знает. Теоретики отыскали не мало потенциальных вариаций включить инфлатонное поле в теорию струн, на базе которой возможно сотворена квантовая теория гравитации. Однако пока что нет фактов ни за, ни против этих мыслях.

    Галлактическая инфляция а также имеет спорное следствие. Теория, представленная в 1980-х годах Аланом Гутом, Андреем Линде, Алексеем Старобинским и Штейнхардтом, практически автоматизированно приводит к догадке об фолиант, что наша Вселенная — это произвольный волдырь в нескончаемом море мультивселенных. Как инфляция начинается, расчеты отображают, что она будет длиться нетленно и останавливаться лишь пространствами, в «кармашках», в каких потом будут расцветать вселенные по типу нашей. Вероятность нетленно расширяющейся в ходе инфляции мультивселенной дает подсказку, что непосредственно наш волдырь может навечно остаться невнятным, так как все потенциальное происходило в мультивселенной нескончаемое огромное количество раз. Само собой разумеется, этакий вывод вызывает рвотный позыв у профессионалов. Мудрено предположить, что наша вселенная возможно только одна из огромного количества. Штейнхардт и сам именовал эту идею «чушью».

    Это же отношение отчасти мотивировало его и остальных исследователей заняться отскоками. «В фотомодели отскока нет периода инфляции», разговаривает Турок. Заместо сего они добавили период сжатия перед Наибольшим Взрывом, объясняющий нашу однородную вселенную. «Как газ в вашей комнате целиком однородный, так как молекулы воздуха столкнулись и перемешались, эдак и Вселенная существовала объемной и медлительно сжалась, что отдало ей же время разгладиться».

    Хотя первые фотомодели сжимающейся Вселенной были запутанными и неточными, почти все ученые удостоверились в главный идее: что неспешное сжатие может растолковать почти все индивидуальности нашей расширяющейся Вселенной. «И тогда-то узеньким бутылочным горлышком предстал отскок. Люди сошлись во мировоззрении, что перейти в фазу сжатия очень увлекательно, однако и не в этом случае, ежели вы и не сможете перейти в фазу расширения».

    Отскок — это же тяжело. В 1960-х годах английские физики Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг обосновали комплект эдак именуемых «теорем об сингулярности», показывающих, что в максимально общих критериях сжатие материи и энергии безизбежно оглянется неизмеримо плотной точкой — сингулярностью. Эти аксиомы с трудом умеют вместить представление, как только сжимающаяся вселенная, в какой материя, пространство-время и энергия сворачиваются вовнутрь, избегает коллапса перед началом сингулярности — в которой традиционная теория гравитации и пространства-времени Альберта Эйнштейна перестает работать и в какой начинают ишачить руководила квантовой гравитации. Посему сжимающаяся вселенная сумеет избежать судьбы громоздкой суперзвезды, которая погибает, сжимаясь в точку, и становится темной прорехой?

    Обе предложенных фотомодели отскока задействуют бреши в аксиомах об сингулярности — те, кои не мало лет казались тупиковыми. Космологи отскока издавна признали, что отскоки умеют быть потенциальными, если б вселенная содержала вещество с отрицательной энергией (либо альтернативные родники отрицательного давления), которое бы противодействовало гравитации и отталкивало бы все. Ученые пробовали применять эту лазейку с начала 2000-х годов, однако все время приходили к тамошнему, что добавление ингредиентов с отрицательной энергией выполняет них фотомодели вселенной нестабильными, так как квантовые флуктуации позитивной и отрицательной энергии умеют спонтанно рождаться в вакууме космоса с нулевой энергией. В 2016 году отечественный космолог Валерий Рубаков и его коллеги даже обосновали аксиому, которая исключила объемной класс устройств отскока.

    Потом Идджас отыскала механизм отскока, который может обойти и это же исключение. Главный ингредиент в ее фотомодели — элементарная суть, «скалярное поле», которое, по идее, могло вступить в игру, когда вселенная сжималась и энергия становилась высококонцентрированной. Скалярное поле могло упрятать себя в гравитационном поле таким макаром, дабы оказывать отрицательное давление на вселенную, препятствуя сжатию и растягивая пространство-время. Работа Идджас — «лучшая попытка взнуздать все вероятные непостоянности и сделать по-настоящему размеренную фотомодель с сиим особым типом вещества», разговаривает Жан-Люк Лейнерс, космолог-теоретик из Колледжа гравитационной физики Макса Планка в Германии, который а также функционировал над вариантами отскока.

    Грэм, Каплан и Рахендран предположили собственную идею не-сингулярного отскока в препринте на медиа-сайте arxiv.org в сентябре 2017 года. Собственную работу они начали с вопросца об фолиант, могла ли предшествующая фаза сжатия в истории вселенной растолковать значение космологической константной — разительно маленького цифры, которое измеряет количество черной энергии, вшитой в ткань пространства-времени, энергии, которая подталкивает ускоряющееся расширение вселенной.

    Работая над самой сложноватой частью — отскоком — тройка ученых употребляла вторую, в изрядной степени позабытую лазейку в аксиомах сингулярности. Они черпали вдохновение из необычной фотомодели вселенной, предложенной логиком Куртом Геделем в 1949 году, когда он наряду с Эйнштейном функционировал в Колледже передовых исследовательских работ в Принстоне. Гедель употреблял законы общей теории относительности для сотворения теории вращающейся вселенной, вращение которой задерживало ее от гравитационного коллапса определенно эдак же, как только орбита Почвы и не предлагает ей же свалиться на Солнце. Гедель в особенности подчеркивал тамошний факт, что его крутящаяся вселенная допускала «закрытые времениподобные кривые», другими словами по большому счету петли времени. Перед началом самой погибели он полагал, что вселенная крутится в точности как только подразумевает его фотомодель. Сейчас ученые знают, что это же и не эдак; в гадком случае одни направления и упорядоченности в космосе могли быть предпочтительней остальных. Однако Грэм и корпорация призадумались об маленьких, закрученных пространственных измерениях, кои умеют существовать в космосе, вроде шести доп измерений, постулируемых теорией струн. Может ли сжимающаяся вселенная крутиться в этих направлениях?

    Представьте самому себе, что существуют лишь одно из этих скрученных доп измерений, крохотный круг в каждой точке места. Как только разговаривает Грэм, «в каждой точке места существуют доборное направление, в каком вы сможете двигаться, четвертое пространственное измерение, однако вы сможете пройти только маленькую дистанцию и вернетесь в то пространство, с коего начинали движение». Ежели же малогабаритных доп измерений будет как только минимум три, то по мере сжатия вселенной вещество и энергия умеют начать вращаться в их, и сами измерения будут вращаться с материей и энергией. Вращение в доп измерениях может неожиданно инициировать отскок. «Все это же вещество, которое обязано существовало сжаться в сингулярность, по причине вращения в доп измерениях и не попадет туда», разговаривает Грэм. «Все это же вещество обязано существовало сжаться в одной точке, однако заместо сего оно улетит прочь».

    Работа ученых заинтересовала граждан за пределом традиционного круга космологов отскока. Шон Кэрролл, физик-теоретик из Калифорнийского технологического колледжа, относится к ней скептически, однако именует саму идею «очень умной». Он полагает, что немаловажно разрабатывать кандидатуры классической истории инфляции, дабы осознать, как предпочтительнее теория инфляции будет выглядеть в сопоставлении — в особенности когда будут запущены телескопы последнего поколения. Он а также полагает, что ежели у другой теории будет хотя бы 5% шанса на фуррор, ее стоит ли проверить. И эта работа — и не исключение.