Десятиліттями Великий Вибух був наріжним каменем сучасної космології: моментом, коли всесвіт вибухнув з нескінченно щільної точки існування. Але що, якщо взагалі щось було до цього моменту? Це питання здавалося безглуздим, але недавні прориви в чисельній відносності — обчислювальному підході до вирішення сумнозвісних складних рівнянь Ейнштейна — показують, що рання історія всесвіту може бути набагато дивнішою, ніж передбачалося раніше. Вчені тепер уловлюють можливість існування передіснуючих всесвітів, реальностей, що стикаються, і навіть ймовірність того, що Великий Вибух був не початком, а переходом.
Повернення у Часі: Прорив Чисельної Відносності
Основна проблема полягає в тому, що рівняння, що описують гравітацію, ламаються при екстремальних густинах. Фізики довгий час намагалися обійти цю проблему, використовуючи наближення, вводячи умови в суперкомп’ютери та дозволяючи їм запускати симуляції. Справа не в пошуку точних рішень; мова йде про вилучення значних висновків із грубих оцінок. Як пояснює Юджин Лім із Королівського коледжу Лондона, ця область зараз відкриває відповіді на питання, які колись вважалися нерозв’язними.
Сила цього підходу виявилася з астрономії гравітаційних хвиль. Після десятиліть теорії вчені нарешті спостерігали бриж у просторі-часі у 2016 році. Цей успіх надихнув дослідників застосувати ті ж методи до набагато складнішої проблеми раннього всесвіту, створюючи моделі “рівень зірки смерті”, щоб змоделювати умови біля Великого Вибуху.
Інфляційна Загадка та Аргументи на користь “Всесвітів, що відскакують”
Однією з провідних теорій про те, що сталося до гарячої, щільної фази раннього всесвіту, є інфляція: період експоненційного розширення, який згладив початкові нерівності. Однак інфляція спирається на гіпотетичне поле – “інфлатон” – зі слабко зрозумілими властивостями. Симуляції тепер показують, що певні конфігурації цього поля з більшою ймовірністю викликають інфляцію, ніж інші, що створює напруженість зі спостереженнями мікрохвильового фону (CMB).
Ця невизначеність відкрила двері для альтернативних моделей, включаючи гіпотезу “відскакуючого” всесвіту. Замість вибуху із сингулярності всесвіт міг стискатися з попереднього стану, перш ніж відскочити. Чисельна відносність підтверджує цю ідею, показуючи, що стиск може згладити нерівності так само ефективно, як і інфляція, і потенційно уникнути проблемної сингулярності. Недавні дані навіть показують, що розширення всесвіту сповільнюється, що робить майбутнє стиснення більш ймовірним.
Докази Зіткнення Всесвітів?
Можливо, найрадикальніший наслідок цих симуляцій — можливість того, що наш всесвіт не самотній. Якщо інфляція створила “бульбашки” простору, що уповільнюється, ці бульбашки могли утворитися досить близько, щоб зіткнутися. Моделі припускають, що такі зіткнення залишать шрами на CMB. Хоча ранні пошуки цих відбитків дали непереконливі результати, дослідники вдосконалюють свої методи та вивчають більш реалістичні сценарії.
Експерименти навіть проводять у лабораторіях для моделювання зіткнення всесвітів з використанням екзотичних рідин, щоб підтвердити теоретичні передбачення.
Майбутнє Космологічних Досліджень
Чисельна відносність як перевіряє існуючі теорії; вона також досліджує основи теоретичної фізики. Форми поля інфлатону, необхідні виробництва інфляції, наприклад, суперечать багатьом моделям теорії струн, але відповідають конкретним варіаціям. Це говорить про те, що деякі підходи до об’єднання гравітації з квантовою механікою можуть бути перспективнішими, ніж інші.
З більш високою обчислювальною потужністю та складнішими симуляціями вчені готові просунути межі космологічних знань ще далі. Епоха сліпого прийняття Великого Вибуху як абсолютного початку може добігти кінця. Ми вступаємо у фазу, коли походження всесвіту можна перевірити, оскаржити та потенційно переписати на основі невпинного прагнення обчислювальної істини.
Симуляції – чудові роботи, але все ще неповні. Моделі поки що не можуть повністю пояснити всесвіт, як ми його бачимо сьогодні, але вони наближаються до відповіді на найбільше питання у космології: що було до всього?
