Ученые доказали существование Вселенной до Большого взрыва

В то время, как теория общей теории относительности Эйнштейна может объяснить широкий спектр захватывающих астрофизических и космологических явлений, некоторые аспекты свойств Вселенной в самых больших масштабах остаются загадкой. Новое исследование с использованием петлевой квантовой космологии - теории, которая использует квантовую механику для расширения гравитационной физики за пределы теории общей относительности Эйнштейна - объясняет две основные загадки. В то время как различия в теориях проявляются в мельчайших масштабах - гораздо меньших, чем даже у протона, - они имеют последствия в самых больших доступных масштабах во Вселенной. Исследование, которое появилось 29 июля в журнале Physical Review Letters, также дает новые прогнозы относительно Вселенной, которые могли бы проверить будущие спутниковые миссии.

Хотя уменьшенная картина Вселенной выглядит довольно однородной, она имеет крупномасштабную структуру, например, потому что галактики и темная материя не распределены равномерно. Происхождение этой структуры было прослежено до крошечных неоднородностей, наблюдаемых в космическом микроволновом фоне (КМФ) - излучение, которое испускалось, когда Вселенной было 380 тысяч лет, что мы все еще можем видеть сегодня. Но у самого КМФ есть три загадочные особенности, которые считаются аномалиями, потому что их трудно объяснить с помощью известной физики.

“Хотя одна из этих аномалий может показаться не столь замечательной в статистическом отношении, если мы увидим две или более вместе, это говорит о том, что мы живем в исключительной Вселенной“, - сказал Донхуи Чжон, доцент кафедры астрономии и астрофизики в штате Пенсильвания и автор статьи. “Недавнее исследование в журнале Nature Astronomy предложило объяснение одной из этих аномалий, которая вызвала так много дополнительных проблем, они отметили “возможный кризис в космологии“. Однако, используя космологию квантовой петли, мы естественным образом разрешили две из этих аномалий, избегая этого потенциального кризиса“.

phys.org

Исследования за последние три десятилетия значительно улучшили наше понимание ранней Вселенной, в том числе того, как неоднородности в КМФ были созданы в первую очередь. Эти неоднородности являются результатом неизбежных квантовых флуктуаций в ранней Вселенной. Во время очень ускоренной фазы расширения в очень ранние времена, известной как инфляция, эти изначальные, крошечные флуктуации были растянуты под действием силы тяжести и засеяли наблюдаемые неоднородности в КМФ.

“Чтобы понять, как возникли изначальные семена, нам нужно более внимательно взглянуть на раннюю Вселенную, где рушится теория общей теории относительности Эйнштейна“, - сказал Абхай Аштекар, профессор физики Эвана Пью, заведующий кафедрой физики семьи Эберли и директор Государственного института гравитации и космоса им. Пенна. “Стандартная инфляционная парадигма, основанная на общей теории относительности, рассматривает пространство-время как гладкий континуум. Рассмотрим рубашку, которая выглядит как двумерная поверхность, но при ближайшем рассмотрении вы можете увидеть, что она соткана из плотно упакованных одномерных нитей. Кстати, ткань пространства-времени действительно сплетена квантовыми нитями. При учете этих нитей петлевая квантовая космология позволяет нам выйти за пределы континуума, описываемого общей теорией относительности, где физика Эйнштейна разрушается - например, за пределы Большого взрыва“.

Предыдущее исследование заменило идею сингулярности Большого взрыва, где Вселенная возникла из ничего, Большим отскоком, где текущая расширяющаяся Вселенная возникла из сверхсжатой массы, которая была создана, когда Вселенная сократилась в его предыдущей фазе. Они обнаружили, что все крупномасштабные структуры Вселенной, учитываемые общей теорией относительности, одинаково объясняются инфляцией после этого Большого отскока с использованием уравнений петлевой квантовой космологии.

В новом исследовании исследователи определили, что инфляция в петлевой квантовой космологии также устраняет две из основных аномалий, которые появляются в общей теории относительности.

“Изначальные колебания, о которых мы говорим, происходят в невероятно малом масштабе Планка“, - сказал Браджеш Гупт, доктор наук, исследователь в Техасском центре передовых вычислений Техасского университета в Остине. “Длина Планка примерно на 20 порядков меньше радиуса протона. Но поправки на инфляцию в этом невообразимо малом масштабе одновременно объясняют две аномалии в самых больших масштабах во Вселенной“.

Исследователи также подготовили новые прогнозы о фундаментальном космологическом параметре и первичных гравитационных волнах, которые можно было бы проверить во время будущих спутниковых миссий, в том числе LiteBird и Cosmic Origins Explorer, которые будут продолжать улучшать наше понимание ранних исследований.

Напомним, ранее сообщалось, что в космических лучах обнаружили следы темной материи.

Источник