Большой взрыв был не один? Революционная теория нашла ответ на главный вопрос Вселенной
«В самые ранние моменты нашей Вселенной, еще до того, как появились галактики и звезды, произошел Большой взрыв — материя и энергия вырвались из бесконечно малой и плотной точки и в одно мгновение расширились до больших размеров», — так описывает зарождение «всего сущего» общепринятая сегодня научная модель. Но недавно команда исследователей из США предположила: Большой взрыв мог сопровождаться так называемым «темным» Большим взрывом, заполонившим космос темной материей, отголоски которой заметны через гравитацию.
«Общепринятая космологическая модель»
«Большой взрыв — общепринятая космологическая модель, описывающая раннее развитие Вселенной, а именно — начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии», — определение, предлагающееся в сети.
Если подробнее: большинство современных астрофизиков считает, что в первые моменты своего существования (через 10 в минус 42 степени секунд после взрыва) наша Вселенная пережила так называемую «космическую инфляцию», или период быстрого (экспоненциального) расширения. После окончания этого периода температура снизилась до уровня, когда стал возможен следующий переход, при котором строительный материал Вселенной представлял кварк-глюонную плазму.
Прошло еще какое-то время, и кварки начали объединяться в протоны и нейтроны. Параллельно запустился процесс образования материи и антиматерии, а дальнейшее постепенное снижение температуры, как полагается, привело к образованию физических сил наряду с известными элементарными частицами. Наконец, общая температура снизилась настолько, что стало возможным появление атомов водорода (примерно 75% от общей массы ранней Вселенной) и гелия (25%). Через многие тысячи лет после этого началось формирование звезд, группирующихся в галактики.
Один из основных вопросов — что именно вызвало «космическую инфляцию», которая привела к образованию всех этих объектов, — занимает исследователей уже не один десяток лет. Точный ответ дать пока не получилось, но, возможно, инфляцию вызвало некое квантовое поле, неожиданно распавшееся на поток частиц и таким образом вызвавшее «горячий» Большой взрыв.
Звучит слишком мудрено? Если упростить, ученые предполагают: Большой взрыв не стоит сравнивать со взрывом от условной динамитной шашки. Скорее всего, он происходил во всех точках пространства одновременно и синхронно. То есть Большой взрыв является расширением самого пространства вместе с содержащейся в нем материей.
Выбивающийся из общей концепции элемент
Впрочем, из описанной выше теории выбивается один важный элемент — темная материя. Ее существование, несмотря на нашу неспособность ее увидеть, доказано и признано учеными. Также известно: темная материя занимает порядка четверти массы-энергии Вселенной (это много!) и проявляется в гравитационном взаимодействии. Проще говоря, мы можем увидеть последствия от ее гравитации в отдаленных от нас галактических системах.
Но вместе с этим само существование темной материи, если верить предположению группы исследователей из Университета Техаса (США), не особенно согласуется с общепринятой моделью с «горячим» Большим взрывом. Препринт работы, посвященный возможности второго так называемого «темного» Большого взрыва, объясняющего несостыковки, опубликован в Arxiv.org. В нем ученые поясняют, почему их теория лучше справляется с анализом природы темной материи, а также делают предположение касательно квантового поля, необходимого для формирования темной материи независимо от других первородных элементов.
Что за «темный» Большой взрыв?
Если коротко, то вывод работы Кэтрин Фриз и Мартина Винклера, ведущих авторов исследования, такой: зарождение темной материи шло параллельно с возникновением наблюдаемой, но происходило собственным путем и в другие сроки.
«Возможно, создание обычной и темной материи могло происходить в разное время. Ведь у нас нет доказательств существования темной материи до эпохи структурообразования, поэтому она могла быть образована позже», — добавила Фриз в комментарии Popular Mechanics. «Несмотря на значительные экспериментальные усилия, на протяжении десятилетий не было обнаружено никаких негравитационных моделей взаимодействия с темной материей. Если гравитация является единственной силой между темной и наблюдаемой материей (или если между ними существуют лишь чрезвычайно слабые негравитационные силы), то нет никаких причин для того, чтобы „горячий“ Большой взрыв произвел темную материю», — дополняет Винклер.
Взяв эти постулаты за основу, исследователи предположили: сформировать темную материю после того, как «горячий» Большой взрыв (тот, о котором шла речь в первой главе материала, — общепризнанный) создал все остальное, мог второй Большой взрыв. Ученые окрестили его «темным» — ранее о такой возможности никто из экспертного сообщества не заявлял. Но Фриз, Винклер и их коллеги уверены: «темный» Большой взрыв начался после того, как космическая инфляция исчезла и Вселенная остыла до состояния, при котором темное поле было способно совершить фазовый переход — там оно трансформировалось в частицы темной материи.
Когда случился второй Большой взрыв?
Снова звучит слишком сложно? Упростим. Ученые предполагают, что в результате «темного» Большого взрыва осталось отдельное квантовое поле, которое никуда не исчезало, как и в случае с появлением обычной (наблюдаемой) материи. Во время того, как Вселенная расширялась и охлаждалась, это квантовое поле само изменилось и спровоцировало появление темной материи.
То есть физики думают, что наполнение космоса обычными частицами происходило параллельно с развитием темной материи, состоявшей из совершенно других частиц. Кроме того, они выдвигают гипотезу о том, когда именно мог состояться «темный» Большой взрыв. По их мнению, такое событие произошло примерно через месяц после появления Вселенной. Авторы научной работы также говорят, что в результате «темного» Большого взрыва появились особенно сильные первичные гравитационные волны, которые существуют и на сегодняшний день. То есть по прошествии 13,8 миллиарда лет.
Стоит ли доверять теории?
«Сейчас это всего лишь теория, призванная пригласить космологов рассмотреть другие объяснения явлений, которые мы видим в отголосках самой ранней Вселенной. Но вскоре это можно будет проверить. Фриз и Винклер ждут, что следующее поколение детекторов гравитационных волн окажется достаточно мощным, чтобы обнаружить сигнал „темного“ Большого взрыва (если он действительно произошел)», — добавляют в Popular Mechanics.
Вместе с тем у теории есть несколько весомых плюсов:
- Она согласуется с тем, что исследователи уже знают о темной материи. Если взаимодействия с обычной материей у нее нет, то и причин иметь общее происхождение — тоже.
- «Темный» Большой взрыв позволяет создавать такие модели темной материи, которые не влияют на поведение обычной в самые ранние моменты после экспоненциального расширения.
- Теория решает один из главных вопросов, занимающих физиков по всему миру: откуда взялось такое количество темной материи, невидимой в обычной жизни.
Какие основные минусы:
- Если когда-либо исследователи обнаружат какое-либо негравитационное взаимодействие между темной и обычной материей, это будет означать, что они созданы в результате одного и того же Большого взрыва, что автоматически стирает теорию «темного» Большого взрыва.
Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!
Есть о чем рассказать? Пишите в наш телеграм-бот. Это анонимно и быстро
Перепечатка текста и фотографий Onlíner без разрешения редакции запрещена. ng@onliner.by