W opublikowanym na łamach „Physical Review D” tekście, profesor Enrique Gaztanaga z Instytutu Kosmologii i Grawitacji Uniwersytetu w Portsmouth zastanawia się nad początkami Wszechświata. Sugeruje, że niekoniecznie wszystko zaczęło się od pojedynczego momentu, kiedy przestrzeń, czas i materia wystrzeliły w akcie samostworzenia. Zadaje sobie i czytelnikom pytanie – co jeśli nie było w ogóle żadnego początku?
Teoria Wielkiego Wybuchu do weryfikacji?
Enrique Gaztanaga wspólnie ze swoim zespołem badaczy proponuje alternatywę. Ich obliczenia mają sugerować, że Wielki Wybuch nie był początkiem wszystkiego, lecz raczej wynikiem grawitacyjnego zapadnięcia się, które uformowało olbrzymią czarną dziurę i skutkowało odbiciem wewnątrz niej. Jak podkreślał naukowiec, ta hipoteza oparta jest w pełni na fizyce i obserwacjach.
Dzisiejszy standardowy model kosmologiczny oparty jest na Wielkim Wybuchu oraz inflacji kosmologicznej, czyli hipotezie, według której wczesny Wszechświat przeszedł przez fazę szybkiego rozszerzenia się z powodu ujemnego ciśnienia. Okazał się niezwykle skuteczny w wyjaśnianiu struktury oraz ewolucji Wszechświata.
Miał jednak wadę w postaci pozostawienia kilku fundamentalnych pytań bez odpowiedzi. Prof. Gaztanaga pytał m.in. o osobliwość – moment nieskończonej gęstości materii, w którym załamywały się prawa fizyki. Podkreślał, że nie jest to tylko techniczny szkopuł, ale głęboki problem teoretyczny, sugerujący całkowity brak zrozumienia początków.
Przypomniał, że dla dalszego tłumaczenia nieznanych kwestii, naukowcy dodali kolejny tajemniczy element, czyli ciemną energię. Mowa o hipotetycznej formie energii, która wypełnia całą przestrzeń i wywiera na nią ujemne ciśnienie, przyspieszając tempo rozszerzania się Wszechświata.
Jak podkreślał, standardowy model kosmologiczny działa dobrze, ale tylko dzięki wprowadzeniu nowych składników, których nigdy nie obserwowaliśmy bezpośrednio. Tymczasem najbardziej podstawowe pytania pozostają otwarte: Skąd wzięło się to wszystko? Dlaczego zaczęło się w taki sposób? Dlaczego wszechświat jest taki płaski, gładki i ogromny?
Nowe wyjaśnienie „początków” Wszechświata
Model zaproponowany przez zespół z Portsmouth podchodzi do tych pytań od innej strony – patrząc do wewnątrz, zamiast na zewnątrz. Zamiast zaczynać od rozszerzającego się wszechświata i próbować prześledzić, jak to się zaczęło, naukowcy zastanawiali się, co dzieje się, gdy zbyt gęsty zbiór materii zapada się pod wpływem grawitacji.
Jak zaznaczano, jest to proces znany i przytaczali zapadanie się gwiazd w czarnych dziurach. Przyznano jednak, że tajemnicą pozostaje, co dzieje się wewnątrz czarnej dziury. Badacze odwołali się więc do odkrycia Rogera Penrose'a, nagrodzonego w 2020 roku Nagrodą Nobla z dziedziny fizyki.
W swoim artykule podkreślają, że kolaps grawitacyjny nie musi kończyć się osobliwością, czyli nieskończoną gęstością materii. Twierdzą, że znaleźli rozwiązanie w postaci matematycznego wyniku i to bez rozwiązań przybliżonych. Ich obliczenia mają pokazywać, że w miarę zbliżania się potencjalnej osobliwości, rozmiar Wszechświata zmienia się zgodnie z (hiperboliczną) funkcją czasu kosmicznego.
Ich zdaniem to matematyczne rozwiązanie pokazuje, jak zapadająca się chmura materii może osiągnąć stan wysokiej gęstości, by następnie „odbić się” w kolejną fazę rozszerzania. Twierdzą dalej, że zgodnie z regułą Pauliego (prawdopodobieństwo znalezienia pary cząstek o jednakowych liczbach kwantowych w układzie fermionów jest równe zeru), cząstki zapadającej się materii nie mogą być ściskane w nieskończoność. W rezultacie kurczenie się zostaje wyhamowane i następuje proces odwrotny. Odbicie jest nie tylko możliwe, ale i nieuniknione przy odpowiednich warunkach.
Naukowcy są przekonani, że po drugiej stronie odbicia znajdziemy właśnie wszechświat taki jak nasz. Uważają też, że odbicie następuje naturalnie w dwóch osobnych fazach i nie są do tego potrzebne hipotetyczne pola – wystarcza sama fizyka odbicia.
Swoją teorię badacze podpierają przewidywaniami, które mogą być poddane testom. Dowodzą też, że wszechświat nie jest idealnie płaski, ale lekko zakrzywiony, tak jak choćby powierzchnia Ziemi. Teoria pozwala też przewidywać tempo obecnego rozrastania się Wszechświata, potwierdzone w innych badaniach.
Nowe rozważania nad początkiem wszystkiego
Naukowcy sądzą, że nowy model pozwoli rozwiązać kilka technicznych problemów standardowej kosmologii. Może też rzucić światło na kilka tajemnic dotyczących wczesnego Wszechświata, takich jak pochodzenie supermasywnych czarnych dziur, naturę ciemnej materii czy sposób formowania i ewolucji galaktyk.
Teoria czarnej dziury ma oferować również nową perspektywę na nasze miejsce w kosmosie. W tym wypadku cały obserwowalny przez nas Wszechświat znajdowałby się wewnątrz czarnej dziury, uformowanej w większym „ojczystym” Wszechświecie. Oznaczałoby to, że nie jesteśmy wcale wyjątkowi i nie obserwujemy narodzin wszystkiego z niczego, a raczej kontynuację kosmicznego cyklu – kształtowaną przez grawitację, reguły kwantowe oraz głębokie powiązania pomiędzy nimi.
Czytaj też:
Znaleziono posąg faraona, który rządził Egiptem 3 tys. lat temu. „To jedno z najważniejszych odkryć w historii”Czytaj też:
Największy zimny gejzer na świecie. Znajdziesz go w niepozornym mieście