Нов модел на света позволява да се мине без квантова сингулярност и космологична инфлация.
Основният въпрос на космологията може да се формулира буквално в три думи: откъде е възникнала Вселената?
За стандартен отговор стигат и две: от квантовата сингулярност.
Така се нарича особено състояние на материята, където няма нито пространство, нито време и не действат известните физични закони.
Прието е да се смята, че то се е оказало неустойчиво и е дало началото на триизмерното пространство, пълно с квантови полета и родени от тях частици. Този изход от сингулярността се нарича Голям взрив и се взема за начало на броенето на възрастта на Вселената.
Какво е тази сингулярност, никой не знае. Ако „проиграем" космическите уравнения назад във времето към нулевата точка, плътността на енергията и температурата ще се обърнат в безкрайност и ще загубят физически смисъл.
Обикновено сингулярността се описва като хаотична квантова флуктуация на вакуума, която е направила възможна появата на гравитацията и другите физични полета. Теоретиците са положили доста усилия в опити да разберат как именно може да се е случило това, но засега без особени успехи.
Не взрив, а колапс
Някои космологични модели изобщо минават без сингулярност, но те са малко. Но наскоро трима канадски учени са представили доста любопитен модел на Големия взрив, който не изисква хипотеза за квантов хаос.
Професорът по физика и астрономия Томас Ман и колегите му от университета на Ватерло смятат, че Вселената може да се е появила като страничен продукт на гравитационното свиване на космическата материя, което е завършило раждането на черна дупка.
Ключовата идея на изследователите се състои в това, че тази материя е съществувала в пространство не с три, а с четири измерения. Новородената дупка, отново четириизмерна, се е обкръжила с триизмерна обвивка, която и станала зародиш на Вселената.
Тя е заимствала от майчинското четириизмерение не само привличането, но и прочие полета и частици, които са запалили самостоятелен триизмерен живот. Така че нашият свят е възникнал не от Голям взрив, а от неговата противоположност – Голям колапс.
Откъде се е взела тази обвивка? „Обикновената" черна дупка е заобиколена от затворена двуизмерна повърхност – хоризонт на събитията. Частица, попаднала зад хоризонта, вече не може да се върне обратно и дори фотоните зад хоризонта също не преодоляват тази непроницаема бариера.
Ако дупката е неподвижна, хоризонтът има сферична форма, а при въртящите се дупки тази сфера е сплесната на полюсите. Тъй като хоризонтът има нулева дебелина, вътре в него, естествено, няма никакво вещество. Но това е в триизмерното пространство.
Четириизмерната дупка също има хоризонт на събитията, чиято размерност е с единица по-малка от собствената ѝ. Следователно нейният хоризонт е триизмерно пространство. Според хипотезата на канадските физици той и може да даде началото на нашата Вселена.
За материята на четириизмерното пространство, затворено в хоризонта на черната дупка, тази триизмерна област ще бъде единствен свят, напълно отрязан от четириизмерното обкръжение.
Може да се допусне, че изтеглената вътре в хоризонта материя ще се държи по всички закони на триизмерността. Новият модел позволява да се мине без разпространената хипотеза на космологичната инфлация, предложена в началото на 80-те години, която все още се сблъсква със сериозни нерешени проблеми.
По-конкретно непонятна е природата на физичното поле, което, както се смята, е дало старт на ускореното разширение на новородената Вселена.
Отскокът на Вселената
Но ако не отчитаме квантовите ефекти, хоризонтът на триизмерната дупка остава стабилен, докато нашата Вселена се разширява.
Моделът на Ман обяснява и това:
„Гравитационният колапс в четириизмерното пространство не само поражда черна дупка, но и предизвиква „отскок" на пропадналата в нея материя и нейното разлитане във всички посоки. Нещо подобно се случва при взрив на свръхнови, които разхвърлят своите обвивки из космическото пространство.
Както показват изчисленията, тази материя може да създаде триизмерен слой около хоризонта, който се разширява и повлича след себе си самия хоризонт. В резултат възниква единното разширяващо се пространство на нашата Вселена.
Моделът може да се модифицира по такъв начин, че да предскаже ускорението на това разширение, което стандартната космология обяснява с помощта на тъмната енергия."
Новият модел допуска опитна проверка. Гравитационното въздействие на четириизмерността на нашата Вселена трябва да предизвиква определени флуктуации на реликтовото лъчение, чийто спектър може да се предскаже.
Уравненията на ОТО са валидни за пространства с произволно голям брой измерения, като във всички случаи те имат решения, водещи към възникването на сингулярност. Оттук следва, че ако плътността на веществото в затворена четириизмерна област превиши определен критичен предел, то колапсира с образуването на черна дупка.
Физичните свойства на такова вещество трябва силно да се отличават от тези, които наблюдаваме в нашия свят. Но е напълно логично да се предположи, че гравитацията ще господства и в този свят: ако частиците материя на четириизмерния свят деформират пространство-времето в съответствие с уравненията на ОТО, те се привличат една към друга и дават началото на черни дупки."
Робърт Ман, професор в университета на Ватерло, КанадаУравненията на ОТО са валидни за пространства с произволно голям брой измерения, като във всички случаи те имат решения, водещи към възникването на сингулярност. Оттук следва, че ако плътността на веществото в затворена четириизмерна област превиши определен критичен предел, то колапсира с образуването на черна дупка.
Физичните свойства на такова вещество трябва силно да се отличават от тези, които наблюдаваме в нашия свят. Но е напълно логично да се предположи, че гравитацията ще господства и в този свят: ако частиците материя на четириизмерния свят деформират пространство-времето в съответствие с уравненията на ОТО, те се привличат една към друга и дават началото на черни дупки."
Робърт Ман, професор в университета на Ватерло, Канада
