Российские ученые изучили проблему происхождения вселенных

Сотрудники Астрокосмического центра Физического института им. П. Н. Лебедева Российской академии наук предложили новый вариант решения известной проблемы происхождения вселенных. В основе научной разработки лежит «размытие» пространственно-временной сингулярности, то есть тех областей пространства, которые не позволяют заглянуть внешним исследователям внутрь черной дыры, а также узнать, что было с нашей Вселенной до Большого взрыва. Если знать, как решить проблему сингулярности, можно приняться за решение одной из самых важных и сложных задач современной науки - построить причинно-следственную модель, объясняющую происхождение Вселенной.

В качестве инструмента общей теории относительности применяют следующий мысленный эксперимент: чтобы изучить некое силовое поле, в нем пропускают различные пробные частицы, к примеру, фотоны, и затем следят за их траекториями движения. Эти траектории получили название геодезических линий. Но сквозь сингулярную область геодезическую линию провести нельзя по определению. Она неизбежно будет упираться в точку, где, грубо говоря, теряется всякий смысл пространства-времени, а кривизна и плотность этих понятий стремятся к бесконечности. Владимир Строков и Владимир Лукаш, сотрудники ФИАН, положили в основу своего исследования тот факт, что бесконечность любых физических параметров по своей сути абсурдна, а также то, что расходимости, выводимые из уравнений общей теории относительности, свидетельствуют всего лишь о неприменимости известной нам концепции пространства-времени применительно к области сингулярности. Поэтому в целях получения более-менее осмысленного решения они приняли рабочую гипотезу конечности метрического тензора пространства-времени в сингулярных областях.

«Главным известным условием распространения в пространстве фотона, - объясняет Владимир Лукаш, завотделом Теоретической астрофизики Астрокосмического центра Физического института Российской академии наук, доктор физико-математических наук, - является наличие самого пространства. Чтобы понять, каким образом он распространяется, нужно изучить уравнение геодезической линии, для чего необходимо знать метрику и ее первую производную. В заданной нами процедуре сглаживания эти понятия существуют всегда. Таким образом, мы получаем возможность заглянуть за черту сингулярности и посмотреть, что же там находится. Этот процесс можно представить себе в виде двух комнат, разделенных дверью, - мы не имеем представления, что за жизнь в комнате за этой дверью, и, наоборот, там не догадываются, что за жизнь у нас. При этом открыть дверь невозможно, но зато появилась возможность сделать небольшой глазок и посмотреть. В черной дыре таким глазком могут быть специальные геодезические линии – радиальные, а сглаженная с их помощью сингулярность названа нами «интегрируемой сингулярностью».

Как бы «размыв» непроходимую до этого времени точку, ученые выяснили, что за ней стоит процесс расширения в другой Вселенной. Таким образом, в одной части пространства-времени происходит коллапс, и пробные частицы свидетельствуют о нарастании кривизны (речь идет о черной дыре), а в другой области, расположенной за точкой сингулярности, имеет место обратный процесс – расширение пространственно-временного континуума.

«То, что ученые называют «хаббловским расширением», - говорит Владимир Лукаш, - представляет собой некую конфигурацию гравитирующих элементарных частиц, которой 14 миллиардов лет назад был придан мощный импульс на расширение. Почему произошел этот толчок и откуда он возник – это и есть основная загадка космогенезиса. Поэтому наша исследовательская работа и заключается в попытке понять, что же было в этом самом начале. Какие силы там работали? Мы предположили, что это были гравитационные приливные силы».

Поведение любой системы, на которую действует внешняя гравитация, зависит от свойств среды и начальных условий. В некоторых случаях гравитация оказывает притягивающее воздействие, в других - отталкивающее. Принятая сегодня модель космической инфляции, которая пытается объяснить расширение Вселенной на ее ранней стадии образования, построена именно на действии гравитационных отталкивающих сил, другими словами, на так называемом антиколлапсе.

Как сегодня известно, массивные звезды заканчивают свое существование коллапсом в черную дыру. Этот коллапс наступает в тот момент, когда топливо этой звезды полностью выгорает, и начинается процесс ее сворачивания под действием собственной силы тяжести: оболочка звезды получает громадное ускорение и уходит под горизонт за конечное время. Но имеется нерешенный вопрос - что же происходит с импульсом, когда он достигает порога сингулярности? Сотрудники ФИАН выполнили построение феноменологической концепции, которая в состоянии дать ответ на этот вопрос.

«Мы нашли решение, в соответствии с которым импульс с помощью гравитационных сил передается через границу области сингулярности из черной дыры в противоположную, белую. Когда массивная звезда коллапсирует в черную дыру, возникает мощное гравитационное поле, вызывает рождение новых элементарных частиц. После этого они подхватываются белой дырой и теми же гравитационными силами выталкиваются из нее. Черная дыра в нашем представлении – место, откуда невозможно выбраться, а в белую - нельзя попасть. То есть они существуют как два решения одного уравнения гравитации. И белая дыра в этом смысле обладает симметрией расширения, которая некоторым образом напоминает космологию, то есть обладает сверхбольшими кривизной и плотностями, а также импульсом на расширение. Следовательно, мы теперь можем проходить обе сингулярности: ту, что имеется за горизонтом черной дыры, и сингулярность космологическую, которая существовала в начале процесса расширения Вселенной. Мы же, по существу, соединяем их в одну, и пытаемся сделать ее «прозрачной» для некоторых геодезических линий от этапа коллапса до этапа начала расширения, то есть собственно космологии», - рассказывает Владимир Строков, сотрудник Физического института академии наук, кандидат физико-математических наук.

Предложенная модель говорит о том, что коллапсирующая звезда играет роль этакой спички, «зажигающей» в пространстве-времени большие кривизны. Они же, в свою очередь, приводят к образованию переменных интенсивных гравитационных полей (естественно, вне материи звезды), которые становятся причиной рождению совершенно нового вещества. Эффект рождения элементарных частиц в переменных гравитационных полях современной физике хорошо известен. Самый яркий пример - рождение электрон-позитронной пары в электрическом переменном поле. А дальше, поскольку импульс на расширение получен, начинает работать инфляция, которая в состоянии подхватить это вещество и раздуть его до громадного объема, при этом новообразованная Вселенная будет полностью согласована с моделью Фридмана – изотропной и однородной.

По материалам cybersecurity.ru