Teoria Wielkiego Wybuchu opisuje ewolucję wszechświata od jego początków. Model ten zakłada, że wszechświat zaczął się od niezwykle gęstego i gorącego stanu określanego jako osobliwość – (ang. singularity). Potem nastąpił moment kosmicznej inflacji – gwałtownego rozszerzania się przestrzeni, w której znajdowała się materia. By wyjaśnić obserwowaną do dziś ekspansję wszechświata, naukowcy wprowadzili też pojęcie ciemnej energii.
Grawitacyjne zapadanie nie musi się kończyć osobliwością?
Pod koniec maja w „Physical Review D” ukazał się artykuł autorstwa m.in. Enrique’a Gaztanagi (badacza uznawanego za jednego z czołowych współczesnych kosmologów, łączącego działalność badawczą i akademicką z popularyzowaniem nauki), w którym znalazły się wyliczenia rzucające nowe światło na teorię Wielkiego Wybuchu. Każą one sądzić, że moment uznawany za początek wszechświata, nazywany Wielkim Wybuchem, mógł wcale początkiem nie być. Początek wyglądał inaczej – nastąpił w wyniku tzw. grawitacyjnego zapadnięcia (ang. gravitational collapse), z którego powstała masywna czarna dziura. Następnie doszło w niej do grawitacyjnego odbicia (gravitational bounce), w wyniku którego wyłonił się wszechświat.
Czytaj więcej
W pobliżu Wenus krąży rój asteroid. Do tej pory odkryto ok. 20 obiektów. W nowym badaniu astronomowie wykonali symulacje możliwych zmian trajektori...
W popularnonaukowym tekście opublikowanym na łamach „The Conversation” Enrique Gaztanaga tłumaczy, w jaki sposób on i jego zespół doszli do tych wniosków. Okazuje się, że przeprowadzone przez nich analizy wskazują, że grawitacyjne zapadanie nie musi kończyć się osobliwością (jak dotychczas zakładano). „Nasze obliczenia pokazują, że w miarę zbliżania się do potencjalnej osobliwości rozmiar wszechświata zmienia się jako (hiperboliczna) funkcja czasu kosmicznego” – czytamy. „To proste rozwiązanie matematyczne opisuje, w jaki sposób zapadająca się chmura materii może osiągnąć stan o wysokiej gęstości, a następnie odbić się i powrócić na zewnątrz, do nowej, rozszerzającej się fazy” – wyjaśnia badacz.
Odbicie „nieuniknione w odpowiednich warunkach”
Enrique Gaztanaga tłumaczy też, jak przedstawione w artykule wyliczenia mają się do twierdzenia noblisty Rogera Penrose’a, który udowodnił, że w bardzo ogólnych warunkach grawitacyjne zapadanie się musi prowadzić do osobliwości. Gaztanaga wskazuje, że takie twierdzenie sprawdza się na gruncie „fizyki klasycznej”.
Inaczej jest, gdy przejdzie się na grunt fizyki kwantowej i zastosuje zasadę wykluczenia kwantowego (zasadę Pauliego). „(…) pokazujemy, że ta zasada zapobiega ściskaniu cząstek w zapadającej się materii w nieskończoność. W rezultacie zapadanie się zatrzymuje i odwraca. Odbicie jest nie tylko możliwe – jest nieuniknione w odpowiednich warunkach” – wyjaśnia.
Czytaj więcej
Astronomom z Uniwersytetu Hawajskiego udało się odkryć najbardziej energetyczne eksplozje we wszechświecie. To największe tego typu zdarzenia stwie...
Badacz podkreśla, że zaistnienie odbicia jest możliwe w ramach ogólnej teorii względności i podstawowej mechaniki kwantowej – bez potrzeby odwoływania się do fizyki spekulatywnej. Co jeszcze ciekawsze, zjawisko odbicia wyjaśnia też istnienie kosmicznej inflacji i ciemnej energii. „(…) odbicie naturalnie wytwarza dwie oddzielne fazy przyspieszonej ekspansji – inflację i ciemną energię – napędzane nie przez hipotetyczne pola, ale przez fizykę samego odbicia” – pisze Enrique Gaztanaga.
Teorię odbicia da się udowodnić?
Nowy model początku wszechświata przewiduje również istnienie niewielkiej, ale niezerowej dodatniej krzywizny przestrzennej. Oznacza to, że wszechświat nie jest dokładnie płaski, ale lekko zakrzywiony. Co bardzo ważne (i przemawiające na korzyść nowego modelu) – założenie dotyczące krzywizny da się sprawdzić. Enrique Gaztanaga wskazuje, że istnieje na to szansa w ramach trwającej właśnie misji Euclid realizowanej przez Europejską Agencję Kosmiczną. Teleskop Euclid został wyniesiony w przestrzeń kosmiczną w lipcu 2023 r., misja potrwa do 2029 r. Jeśli obserwacje potwierdzą istnienie niewielkiej dodatniej krzywizny przestrzennej, będzie to mocna wskazówka, że nasz wszechświat rzeczywiście wyłonił się z odbicia.
Czytaj więcej
Astronomowie z Chile, Stanów Zjednoczonych i Europy dokonali zaskakującego odkrycia podczas obserwacji kosmosu. Natrafili na ogromną gazową planetę...
Nasz wszechświat jest efektem kosmicznego cyklu?
Teoria, w myśl której wszechświat powstał z odbicia w środku czarnej dziury, niesie za sobą daleko idące zmiany w naszym myśleniu o wszechświecie. Jak pisze Enrique Gaztanaga, oferuje ona nową perspektywę naszego miejsca w kosmosie. „W tym kontekście cały nasz obserwowalny wszechświat leży wewnątrz czarnej dziury utworzonej w jakimś większym „macierzystym” wszechświecie” – pisze badacz. I dodaje: „Nie jesteśmy świadkami narodzin wszystkiego z niczego, ale raczej kontynuacji cyklu kosmicznego – ukształtowanego przez grawitację, mechanikę kwantową i głębokie powiązania między nimi” – czytamy.
