Группа ученых предлагает смелую альтернативу теории Большого Взрыва, предполагая, что наша Вселенная могла сформироваться внутри гигантской черной дыры, находящейся в более крупной «родительской» Вселенной.

Теория Большого Взрыва, наряду с общей теорией относительности Эйнштейна, успешно объясняет ключевые космологические явления, такие как реликтовое излучение, крупномасштабная структура Вселенной и её ускоряющееся расширение, которое часто связывают с темной энергией.

Однако в этой теории остаются фундаментальные проблемы: загадочная природа темной энергии и темной материи, сингулярность в момент Большого Взрыва, а также противоречия между общей теорией относительности и квантовой механикой.

«Большинство ученых предлагают либо введение новой формы энергии — темной энергии — либо изменение законов физики. Но это радикальные шаги», — говорит Энрике Гастаньяга, профессор Университета Портсмута.

Альтернатива: Вселенная как «отскок» от коллапса

Гастаньяга и его коллеги задались вопросом: может ли существовать более простое объяснение?

«Наше исследование началось с простого, но глубокого вопроса: почему расширение Вселенной ускоряется? Вся наблюдаемая Вселенная находится внутри своего гравитационного радиуса, то есть снаружи она выглядела бы как черная дыра. Это навело нас на радикальную идею: а что, если Вселенная образовалась так же, как звезда, коллапсирующая в черную дыру?»

Согласно стандартной модели, Вселенная началась с бесконечно горячей и плотной сингулярности, которая мгновенно расширилась после Большого Взрыва.

«Если мы «перемотаем» это расширение, используя известные законы физики, мы достигнем точки бесконечной плотности — сингулярности, где пространство, время и материя, кажется, только начинаются. Поскольку физика там перестает работать, это часто интерпретируют как момент творения — начало всего», — объясняет Гастаньяга.

Но новое исследование предполагает, что Вселенная могла возникнуть не из сингулярности, а в результате коллапса огромного облака материи в другой Вселенной. Ученые провели симуляции и неожиданно обнаружили, что точное аналитическое решение, описывающее этот процесс, уже существует.

«При определенных условиях коллапс не заканчивается сингулярностью — вместо этого происходит «отскок», и Вселенная снова начинает расширяться. Этот отскок имитирует то, что мы называем Большим Взрывом», — говорит Гастаньяга.

Квантовая физика спасает от сингулярности

Хотя сценарии «отскока» предлагались и раньше, новая модель уникальна тем, что опирается только на известные законы физики, не вводя гипотетические частицы или силы.

«В квантовой механике две идентичные частицы (например, электроны или нейтроны) не могут находиться в одном состоянии — они не могут занимать одно и то же место одновременно. Этот принцип создает «давление вырождения», которое сопротивляется сжатию. Именно оно останавливает бесконечный коллапс ядер умирающих звезд и может вызвать взрыв сверхновой. В нашей модели этот же квантовый эффект останавливает коллапс Вселенной и заставляет её «отскочить»», — объясняет Гастаньяга.

Еще одна гипотеза, не вошедшая в текущую работу, предполагает, что гравитация может взаимодействовать с полем Хиггса — квантовым полем, придающим частицам массу.

«В сверхплотных и высокоэнергетических условиях квантовые эффекты становятся значимыми. Если гравитация взаимодействует с полем Хиггса, это может изменить её поведение. Например, если на экстремальных плотностях это взаимодействие станет отталкивающим, оно может противодействовать коллапсу и вызвать «отскок»», — говорит Сраван Кумар, соавтор исследования.

Как проверить эту теорию?

Модель предсказывает небольшое положительное искривление пространства Вселенной, а также существование реликтовых объектов, таких как первичные черные дыры или нейтронные звезды, сформировавшихся до космического «отскока».

«Если мы найдем такие реликты, особенно в ранней Вселенной, это станет серьезным аргументом в пользу нашей теории», — говорит Гастаньяга.

Уже сейчас данные телескопа James Webb (JWST) показывают неожиданно древние галактики вблизи «начала» Вселенной, что плохо согласуется с классической хронологией Большого Взрыва, но может объясняться присутствием сверхмассивных черных дыр, ускоривших формирование галактик.

«Конечно, идея о том, что Большой Взрыв — не абсолютное начало всего, спорна. Ученые неохотно отходят от привычных моделей. Но оспаривание устоявшихся представлений — основа научного прогресса», — заключает Гастаньяга.