Ученые из Университета Ватерлоо предложили новый способ объяснения происхождения Вселенной, по-новому взглянув на Большой взрыв и его самые ранние моменты. Их выводы предполагают, что быстрое расширение Вселенной на ранних этапах могло возникнуть естественным образом из более глубокой и полной теории, известной как квантовая гравитация.
Исследование возглавил доктор Ниайеш Афшорди, профессор физики и астрономии Университета Ватерлоо и Института Периметра (PI). Его команда исследовала новый способ объединения гравитации с квантовой физикой, которая описывает поведение мельчайших частиц. Хотя теория общей относительности Эйнштейна отлично работает уже более века, она не работает в экстремальных условиях, существовавших при рождении Вселенной. Чтобы преодолеть это, исследователи использовали квадратичную квантовую гравитацию — модель, которая остается математически стабильной даже при чрезвычайно высоких энергиях, подобных тем, что были во время Большого взрыва.
Более простая и единая космическая модель
Большинство современных объяснений Большого взрыва основаны на общей теории относительности, дополненной элементами, необходимыми для работы этих моделей. В отличие от них, новый подход предлагает более целостную картину, напрямую связывая самые ранние моменты Вселенной с хорошо проверенными моделями, которые ученые используют для изучения космоса сегодня.
Команда обнаружила, что быстрое раннее расширение Вселенной может естественным образом вытекать из этой непротиворечивой теории квантовой гравитации, без необходимости дополнительных предположений. Это расширение, известное как инфляция, является ключевым понятием в космологии, поскольку оно помогает объяснить крупномасштабную структуру Вселенной.
Проверяемые предсказания и гравитационные волны
Модель также предсказывает минимальный уровень первичных гравитационных волн, представляющих собой крошечные рябь в пространстве-времени, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва. В будущих экспериментах, возможно, удастся обнаружить эти сигналы, что даст ученым редкую возможность проверить идеи о квантовом происхождении Вселенной.
«Эта работа показывает, что взрывной рост Вселенной на ранних этапах может быть непосредственно следствием более глубокой теории гравитации», — сказал Афшорди. «Вместо того чтобы добавлять новые элементы к теории Эйнштейна, мы обнаружили, что быстрое расширение возникает естественным образом, как только гравитация рассматривается таким образом, который остается неизменным при чрезвычайно высоких энергиях».
От теории к наблюдаемым доказательствам
Исследователи были удивлены тем, насколько легко поддающимися проверке оказались их идеи.
«Несмотря на то, что эта модель описывает невероятно высокие энергии, она приводит к четким предсказаниям, которые сегодня можно реально наблюдать в экспериментах», — сказал Афшорди. «Эта прямая связь между квантовой гравитацией и реальными данными встречается редко и вызывает большой интерес».
Новая эра точной космологии
Эта работа выходит в то время, когда космология становится все более точной. Новые инструменты теперь способны измерять Вселенную с беспрецедентной точностью. Предстоящие обзоры галактик, исследования космического микроволнового фона и детекторы гравитационных волн достигают чувствительности, необходимой для изучения идей, которые когда-то были чисто теоретическими. В то же время ученые осознают ограничения более простых моделей расширения ранней Вселенной, подчеркивая необходимость подходов, основанных на фундаментальной физике.
Взгляд в будущее
В исследовании также участвовали Руолин Лю, аспирантка из Университета Ватерлоо и Института Пиадо, и доктор Жером Квинтин, преподаватель Высшей технологической школы и бывший научный сотрудник того же университета. Команда планирует уточнить свои предсказания для будущих экспериментов и исследовать, как эта концепция связана с физикой элементарных частиц и другими нерешенными вопросами о ранней Вселенной. Их долгосрочная цель — установить более прочную связь между квантовой гравитацией и наблюдаемой космологией.
Статья под названием «Ультрафиолетовое завершение Большого взрыва в квадратичной гравитации» опубликована в журнале Physical Review Letters.
Источник: www.sciencedaily.com
