Исследователи обнаружили, что взрывное расширение Вселенной в момент Большого взрыва может быть естественным следствием более глубокой теории гравитации и не требует дополнительных предположений. Их модель также предсказывает наличие поддающихся обнаружению сигналов, оставшихся от самых ранних моментов существования Вселенной, что дает ученым редкую возможность проверить эти идеи.
Фото: Shutterstock
Ученые из Университета Ватерлоо предложили новый способ объяснить происхождение Вселенной, по-новому взглянув на Большой взрыв и самые ранние этапы ее развития. Согласно их выводам, стремительное расширение Вселенной на ранних этапах могло быть естественным следствием более глубокой и полной теории, известной как квантовая гравитация.
Исследование возглавил доктор Ниаеш Афшорди, профессор физики и астрономии в Университете Ватерлоо и Институте периметра (PI). Его команда изучала новый способ объединения гравитации с квантовой физикой, которая описывает поведение мельчайших частиц. Несмотря на то, что общая теория относительности Эйнштейна прекрасно работала на протяжении более ста лет, она не справляется с экстремальными условиями, которые существовали при зарождении Вселенной. Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали квадратичную квантовую гравитацию — теорию, которая остается математически стабильной даже при чрезвычайно высоких энергиях, подобных тем, что возникали во время Большого взрыва.
Более простая и единая космическая модель
Большинство современных теорий Большого взрыва опираются на общую теорию относительности и дополнительные элементы, которые вводятся для того, чтобы модели работали. В отличие от них, новый подход предлагает более целостную картину, напрямую связывая самые ранние моменты существования Вселенной с хорошо проверенными моделями, которые ученые используют для изучения космоса сегодня.
Команда исследователей обнаружила, что быстрое расширение Вселенной на ранних этапах может быть естественным следствием этой непротиворечивой теории квантовой гравитации без каких-либо дополнительных допущений. Это расширение, известное как инфляция, является ключевым понятием в космологии, поскольку оно помогает объяснить крупномасштабную структуру Вселенной.
Проверяемые прогнозы и гравитационные волны
Модель также предсказывает минимальный уровень первичных гравитационных волн — крошечных колебаний пространства-времени, возникших вскоре после Большого взрыва. Возможно, в ходе будущих экспериментов эти сигналы удастся обнаружить, что даст ученым редкую возможность проверить гипотезы о квантовом зарождении Вселенной.
«Эта работа показывает, что взрывной рост Вселенной на ранних этапах может быть напрямую связан с более глубокой теорией гравитации, — говорит Афшоорди. — Вместо того чтобы добавлять новые элементы в теорию Эйнштейна, мы обнаружили, что быстрое расширение возникает естественным образом, если рассматривать гравитацию как явление, сохраняющее свою природу при чрезвычайно высоких энергиях».
От теории к наблюдаемым фактам
Исследователи были удивлены тем, насколько проверяемыми оказались их идеи.
«Несмотря на то, что эта модель оперирует невероятно высокими энергиями, она позволяет делать четкие прогнозы, которые могут быть проверены в современных экспериментах, — говорит Афшорди. — Такая прямая связь между квантовой гравитацией и реальными данными встречается редко и очень интересна».
Новая эра прецизионной космологии
Эта работа появилась в то время, когда космология становится все более точной наукой. Новые инструменты позволяют измерять параметры Вселенной с беспрецедентной точностью. Предстоящие исследования галактик, изучение космического микроволнового фона и работа детекторов гравитационных волн обеспечивают чувствительность, необходимую для проверки идей, которые когда-то были чисто теоретическими. В то же время ученые осознают ограниченность более простых моделей расширения ранней Вселенной и подчеркивают необходимость подходов, основанных на фундаментальной физике.
Заглядывая В Будущее
В исследовании также приняли участие Руолин Лю, аспирант Университета Ватерлоо и главный исследователь, и доктор Жером Квинтен, преподаватель Высшей технологической школы и бывший постдокторант Университета Ватерлоо и главный исследователь. Команда планирует уточнить свои прогнозы для будущих экспериментов и выяснить, как эта теория связана с физикой элементарных частиц и другими нерешенными вопросами о ранней Вселенной. Их долгосрочная цель — установить более тесную связь между квантовой гравитацией и наблюдаемой космологией.
Статья «Ультрафиолетовое завершение Большого взрыва в рамках квадратичной теории гравитации» опубликована в Physical Review Letters. DOI: 10.1103/6gtx-j455
Источник: SciTechDaily
