Десятилетиями Большой Взрыв был краеугольным камнем современной космологии: моментом, когда вселенная взорвалась из бесконечно плотной точки в существование. Но что, если вообще что-то было до этого момента? Этот вопрос казался бессмысленным, но недавние прорывы в численной относительности — вычислительном подходе к решению печально известных сложных уравнений Эйнштейна — показывают, что самая ранняя история вселенной может быть гораздо более странной, чем предполагалось ранее. Ученые теперь улавливают возможность существования предсуществующих вселенных, сталкивающихся реальностей и даже вероятность того, что Большой Взрыв был не началом, а переходом.
Возвращение во Времени: Прорыв Численной Относительности
Основная проблема заключается в том, что уравнения, описывающие гравитацию, ломаются при экстремальных плотностях. Физики долгое время пытались обойти эту проблему, используя приближения, вводя условия в суперкомпьютеры и позволяя им запускать симуляции. Дело не в поиске точных решений; речь идет об извлечении значимых выводов из грубых оценок. Как объясняет Юджин Лим из Королевского колледжа Лондона, эта область сейчас открывает ответы на вопросы, которые когда-то считались неразрешимыми.
Сила этого подхода проявилась из астрономии гравитационных волн. После десятилетий теории ученые наконец-то наблюдали рябь в пространстве-времени в 2016 году. Этот успех воодушевил исследователей применить те же методы к гораздо более сложной проблеме ранней вселенной, создавая модели «уровень звезды смерти», чтобы смоделировать условия возле Большого Взрыва.
Инфляционная Загадка и Аргументы в пользу «Отскакивающих» Вселенных
Одной из ведущих теорий о том, что произошло до горячей, плотной фазы ранней вселенной, является инфляция : период экспоненциального расширения, который сгладил первоначальные неровности. Однако инфляция опирается на гипотетическое поле — «инфлатон» — со слабо понятными свойствами. Симуляции теперь показывают, что определенные конфигурации этого поля с большей вероятностью вызывают инфляцию, чем другие, что создает напряженность с наблюдениями космического микроволнового фона (CMB).
Эта неопределенность открыла дверь для альтернативных моделей, включая гипотезу «отскакивающей» вселенной. Вместо взрыва из сингулярности вселенная могла сжиматься из предыдущего состояния, прежде чем отскочить. Численная относительность подтверждает эту идею, показывая, что сжатие может сгладить неровности так же эффективно, как и инфляция, и потенциально избежать проблемной сингулярности. Недавние данные даже показывают, что расширение вселенной замедляется, что делает будущее сжатие более вероятным.
Доказательства Столкновения Вселенных?
Возможно, самое радикальное следствие этих симуляций — возможность того, что наша вселенная не одинока. Если инфляция создала «пузыри» замедленно расширяющегося пространства, эти пузыри могли образоваться достаточно близко, чтобы столкнуться. Модели предполагают, что такие столкновения оставят обнаружимые шрамы на CMB. Хотя ранние поиски этих отпечатков дали неубедительные результаты, исследователи совершенствуют свои методы и изучают более реалистичные сценарии.
Эксперименты даже проводятся в лабораториях для моделирования столкновения вселенных с использованием экзотических жидкостей, чтобы подтвердить теоретические предсказания.
Будущее Космологических Исследований
Численная относительность не только проверяет существующие теории; она также исследует основы теоретической физики. Формы поля инфлатона, необходимые для производства инфляции, например, противоречат многим моделям теории струн, но соответствуют конкретным вариациям. Это говорит о том, что некоторые подходы к объединению гравитации с квантовой механикой могут быть более перспективными, чем другие.
С более высокой вычислительной мощностью и более сложными симуляциями ученые готовы продвинуть границы космологических знаний еще дальше. Эпоха слепого принятия Большого Взрыва как абсолютного начала может подойти к концу. Мы вступаем в фазу, когда происхождение вселенной можно проверить, оспорить и потенциально переписать на основе неустанного стремления к вычислительной истине.
Симуляции — прекрасные работы, но все еще неполные. Модели пока не могут полностью объяснить вселенную, как мы ее видим сегодня, но они приближаются к ответу на самый большой вопрос в космологии: что было до всего?
