43
Международная группа физиков во главе с Институтом космологии и гравитации Портсмутского университета выпустила исследование, согласно которому многие физические явления можно объяснить тем, что наша Вселенная не возникла из «сингулярности», как ранее предполагал Большой взрыв, а образовалась внутри сверхмассивной чёрной дыры.
По этой теории, материя внутри коллапсирующего облака достигла состояния высокой плотности, но вместо того, чтобы сжаться в бесконечную сингулярность, она «отскочила назад, как сжатая пружина» из-за накопленной энергии, создав нашу Вселенную.
Ключевые аспекты и следствия этой концепции «Вселенной внутри черной дыры»:
Теория предполагает, что происхождение Вселенной идёт не из ничего, а является логичным продолжением космического цикла. Наша Вселенная не первая, не последняя, и, видимо, не единственная.
Край наблюдаемой Вселенной на самом деле является горизонтом событий нашей чёрной дыры. Через край Вселенной происходит обмен веществами со Вселенной-прародителем (мы отдаем им излучение Хокинга, а взамен получаем падающую в нас материю). То, что эта граница является горизонтом событий, не позволяет нам увидеть то, что находится за ее пределами.
Другие чёрные дыры могут содержать свои собственные невидимые для всего остального мира вселенные, потенциально связанные «кротовыми норами».
Теория основана на решении парадоксов в квантовой физике, устанавливающей фундаментальные ограничения на то, насколько сильно может быть сжата материя. Главный плюс тут в том, что эта идея позволяет предотвратить парадокс бесконечной сингулярности, параллельно объясняя наличие тёмной энергии (влияние внешних вселенных) и тёмной материи.
Именно тёмной материи в исследовании уделяется особое внимание. Согласно идеям Джозефа Браманте и Нирмала Раджа (и их математическим выкладкам, в которых я, честно, мало что понял), эта материя является остатками гелиевых белых карликов, существовавших больше ста триллионов лет назад. И поступающими в нашу черную дыру по ходу того, как она поглощает мертвый космос предыдущей, более крупной (но, вероятно, уже почти пустой) вселенной.
Новая модель также помогает объяснить различные недавно возникнувшие космические загадки, такие как аномалия вращения дальних галактик, происхождение сверхмассивных черных дыр, а также формирование галактик, часть которых кажутся слишком старыми для теории Большого взрыва.
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review D, почитайте: «Космология самовоспроизводящихся вселенных внутри черных дыр, образованных в результате звездного коллапса, вызванного темной материей».
Теория, вкратце
Физики предполагают, что наша Вселенная образовалась после огромного гравитационного коллапса, который породил огромную чёрную дыру. Материя внутри этой чёрной дыры была сжата до предела, а потом отскочила назад, как сжатая пружина, создав нашу Вселенную. Механика похожа на Большой взрыв, но фундаментальные причины и масштабы другие, а главное — нет необходимости придумывать «материю из ничего».
По их словам, выкладки полностью сходятся, если предположить, что гелиевые белые карлики через сто триллионов лет начинают превращаться в чёрные дыры, отдавая часть своей материи (до этого считалось, что из-за своей скромной массы такие карлики в дыры напрямую никогда не превратятся, но проверить это технически не представляется возможным — белые звезды способны существовать 1019 лет, и даже больше). В таком случае доминирующим источником энтропии в нашей Вселенной являются как раз остатки этих белых карликов, доставшиеся нам от предыдущих вселенных. Они формируют большую часть нашей тёмной материи.
Почему это может быть так — тут лучше читать работу самому, объяснения мягко говоря не из простых. Насколько я смог понять, в теории Большого взрыва, согласно которой нашей Вселенной всего 13,7 млрд лет, то, что происходит в конце жизни белых карликов, никого особо не волнует. Но если посчитать, что мы — всего лишь часть куда более старой вселенной (и, потенциально, бесконечного количества разных вселенных), то выходит, что именно белые карлики являются основным местом скопления барионов в галактиках после прекращения звездообразования.
Значит, такие карлики — главные «генераторы» вещества после того, как в космосе остались существовать только они и чёрные дыры. Основная часть материи в старых вселенных будет исходить именно от таких мелких звёзд. Поэтому добрые 40% исследования посвящены тому, какие частицы эти карлики в итоге вырабатывают, и почему ими будет заполнена следующая, более «свежая» вселенная (то есть наша).
В общем, математика ведёт к тому, что белые карлики в конце своей жизни всё-таки превращаются в чёрные дыры, и в процессе могут выделять массу «тёмной материи», не реагирующей со всеми остальными частицами. Как утверждают ученые, такая материя может быть обнаружена в ходе текущих экспериментов.
По словам исследователей, если верить математике того, что происходит с этими звездами в конце их очень-очень долгой жизни, получается вселенная во вселенной, удивительно похожая на нашу.
Гравитационный коллапс не обязательно заканчивается сингулярностью, и другие чёрные дыры тоже могут содержать невидимые для всех остальных вселенные — правда, вероятно, соответствующего размера. Маленькая черная дыра вряд ли может поддерживать внутри себя множество звездных и планетарных систем.
Почему это может быть правдой
Теория о том, что Вселенная может существовать внутри чёрной дыры, была впервые предложена в 1972 году Раджем Кумаром Патрия, индийским физиком-теоретиком, но тогда не получила большого распространения.
Большей популярности достигли идеи таких физиков, как Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг, согласно которым гравитационный коллапс внутри чёрной дыры должен привести к сингулярности. Что приводило к множеству загадок и потенциальных проблем, ведь мы не понимаем, что такое сингулярность на практике, и большинство законов физики в этой точке ломается.
В новой модели этого не происходит. Материи не нужно сжиматься бесконечно, достаточно лишь достичь точки сверхплотности внутри чёрной дыры, из которой она потом отскакивает назад — создавая вселенную с границами вплоть до самой «области невозврата». Поэтому, в отличие от теории Большого взрыва, эта модель легко согласуется как с общей теорией относительности, так и с квантовой физикой, не создавая лишних парадоксов.
Теория «Вселенной внутри черной дыры» также предлагает новый взгляд на наше место в космосе. В таком случае мы уж совсем не особенные — ни наша планета, ни даже наша Вселенная. Мы не являемся свидетелями рождения всего из ничего, а скорее продолжения космического цикла — сформированного гравитацией, квантовой механикой и глубокими взаимосвязями между ними.
О старой теории Раджа Кумара 1972 года почти все забыли, но недавние наблюдения, полученные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, вернули к ней интерес. Одна из причин — аномальное вращение удаленных галактик. В этом марте изображения самых ранних галактик показали, что две трети из них вращаются по часовой стрелке, а оставшаяся треть — против. Это аномально потому, что в случайно созданной вселенной, по идее, распределение должно быть равномерным.
Одно из объяснений заключается в том, что вселенная сразу родилась вращающейся. Что произошло бы автоматически, если бы она была создана внутри чёрной дыры. Ну и объяснение причин появления тёмной материи вроде как выглядит достаточно стройно.
Подтвердить теорию можно будет, если мы действительно обнаружим, что тёмная материя как-то связана с остатками белых карликов — в нашей Вселенной их просто не успело бы столько сформироваться, даже близко. А пока что, как минимум, оказывается, что у теории Большого взрыва есть другие серьёзные конкуренты.
https://habr.com/ru/companies/first/articles/919098/Размещено через приложение ЯПлакалъ
yaplakal.com