Исследователи разработали модель сокращающейся вселенной, которая существовала до Большого взрыва. нажмите, чтобы увеличить
Большой взрыв описывает, как Вселенная начиналась как единая точка 13,7 миллиардов лет назад и с тех пор расширяется, но не объясняет, что произошло до этого. Исследователи из Университета штата Пенсильвания считают, что в нашей нынешней вселенной должны быть следы доказательств, которые могли бы оглянуться назад до Большого взрыва. Согласно их исследованиям, существовала сжимающаяся вселенная с геометрией пространства-времени, аналогичной нашей расширяющейся вселенной. Вселенная рухнула и затем «отскочила» как Большой Взрыв.
Согласно общей теории относительности Эйнштейна, Большой взрыв представляет собой начало, грандиозное событие, на котором родилась не только материя, но и само пространство-время. В то время как классические теории не дают никаких подсказок о существовании до этого момента, исследовательская группа в Penn State использовала квантовые гравитационные вычисления, чтобы найти нити, которые ведут к более раннему времени. «Общая теория относительности может быть использована для описания Вселенной до того момента, когда материя станет настолько плотной, что ее уравнения не сохранятся», - говорит Абхай Аштекар, заведующий кафедрой физики Eberly Family и директор Института гравитационной физики. и геометрия в штате Пенсильвания. «Помимо этого, нам нужно было применять квантовые инструменты, которые не были доступны Эйнштейну». Объединив квантовую физику с общей теорией относительности, Аштекар и два его постдокторских исследователя, Томаш Павловский и Пармприт Сингх, смогли разработать модель, которая прослеживает Большой Взрыв в сокращающейся вселенной, которая демонстрирует физику, подобную нашей.
В исследовании, опубликованном в текущем выпуске Physical Review Letters, команда показывает, что до Большого взрыва существовала сжимающаяся вселенная с геометрией пространства-времени, которая в остальном аналогична нашей нынешней расширяющейся вселенной. Когда гравитационные силы потянули эту предыдущую вселенную внутрь, она достигла точки, в которой квантовые свойства пространства-времени заставляют гравитацию становиться отталкивающей, а не привлекательной. «Используя квантовые модификации космологических уравнений Эйнштейна, мы показали, что вместо классического Большого взрыва фактически существует квантовый отскок», - говорит Аштекар. «Мы были настолько удивлены открытием, что существует еще одна классическая вселенная до Большого взрыва, что мы повторили моделирование с различными значениями параметров в течение нескольких месяцев, но мы обнаружили, что сценарий Большого отскока является устойчивым».
Хотя общая идея другой вселенной, существовавшей до Большого взрыва, была предложена ранее, это первое математическое описание, которое систематически устанавливает ее существование и выводит свойства геометрии пространства-времени в этой вселенной.
Исследовательская группа использовала петлевую квантовую гравитацию, ведущий подход к проблеме объединения общей теории относительности с квантовой физикой, которая также была впервые введена в Государственном институте гравитационной физики и геометрии им. Пенна. В этой теории геометрия пространства-времени сама по себе имеет дискретную «атомную» структуру, и знакомый континуум является лишь приближением. Ткань пространства буквально соткана из одномерных квантовых нитей. Вблизи Большого взрыва эта ткань сильно разрывается, и квантовая природа геометрии становится важной. Это делает гравитацию сильно отталкивающей, вызывая Большой отскок.
«Наша первоначальная работа предполагает однородную модель нашей вселенной», - говорит Аштекар. «Тем не менее, это дало нам уверенность в основополагающих идеях петлевой квантовой гравитации. Мы продолжим совершенствовать модель, чтобы лучше изображать вселенную, какой мы ее знаем, и лучше понимать особенности квантовой гравитации ».
Исследование финансировалось Национальным научным фондом, Фондом Александра фон Гумбольдта и Пеннским государственным колледжем науки Eberly.
Первоисточник: Выпуск новостей ПГУ
