Физици казват, че ранната космическа инфлация може да възникне от самата гравитация, като бъдещи експерименти могат да проверят прогнозите си.
Първата част от секундата след Големия взрив винаги е представлявала проблем. Физиката може да опише много неща за Вселената през времето, когато тя вече се е охладила и разширила, но самото начало, когато температурите и енергиите са били екстремни, остават много неясни неща.
Ново проучване на изследователи от Университета на Ватерло и Института Периметър твърди, че най-ранният скок в растежа на Вселената може да не се нуждае от допълнителните теоретични допълнения, на които много космолози разчитат от десетилетия. Вместо това, екипът предполага, че бързото ранно разширяване, известно като инфлация, може да възникне от по-пълна версия на самата гравитация.
Това е важно, защото Общата теория на относителността на Айнщайн, въпреки че отдавна се е доказала като успешна, не е достатъчна сама по себе си в такива екстремни условия. Тя работи добре като ефективна теория, но се разпада при много високи енергии и се сблъсква с проблеми като сингулярности и математически несъответствия.
Различен път към инфлацията
Екипът, ръководен от Университета на Ватерло, изследва това, което е известно като квантова квадратична гравитация – рамка, която модифицира обичайното гравитационно действие, като добавя членове с квадратична крива. Според тяхната картина, много ранната Вселена започва не със стандартната Обща теория на относителността плюс допълнителни части (като MOND - Модифицирана Нютонова динамика), добавени изкуствено, а само с тази по-дълбока теория.
Д-р Ниайеш Афшорди (Niayesh Afshordi), професор по физика и астрономия във Ватерло и Института Периметър, обяснява, че привлекателността на идеята е нейната простота.
"Тази работа показва, че експлозивният ранен растеж на Вселената може да произтича директно от по-дълбока теория за самата гравитация", заявява Афшорди. "Вместо да добавяме нови части към теорията на Айнщайн, открихме, че бързото разширяване се появява естествено, след като гравитацията се третира по начин, който остава постоянен при изключително високи енергии."
Техният модел също така предсказва минимално количество първични гравитационни вълни, които са малки вълнички в геометрията на пространството-време, създадени в първите моменти след Големия взрив. В статията се твърди, че за да остане извън режима на силна връзка, съотношението тензор-скалар, стандартна мярка, свързана с тези вълни, трябва да бъде поне около 0,01.
Това бележи разрив с познатите версии на инфлацията, включително добре познатия модел на Старобински, който започва с гравитацията на Айнщайн и добавя допълнителен член на кривината. Тук авторите започват в режим, в който действа само квантова квадратична гравитация, след което се питат дали познатата вселена би могла да възникне от нея.
Теоретично, отговорът им е "да". Моделът предполага, че квантовите ефекти могат леко да променят теорията, основана единствено на кривината, и да доведат до фаза, близка до тази на ДеСитер*, вид плавно и бързо разширяване, което космолозите свързват с инфлацията. По-късно инфлацията приключва и Вселената преминава в кинетично доминиран етап, наречен кинация, преди евентуално да се слее с обикновената гравитация и изпълнения с радиация космос, който стандартната космология описва.
Потокът на квадратичната гравитация от ренормираща група (RG) с N=10 съдържание на материя-поле. Двете червени пунктирани линии показват сепаратрисите на потока от ренормираща група (RG), докато светлосинята защрихована област е без тахиони. Ренормиращ групов (РГ) поток на квадратична гравитация с N=10 съдържание на материя-поле. Двете червени пунктирани линии показват сепаратрисите на РГ потока, докато светлосинята защрихована област е без тахиони. Кредит: Physical Review Letters
Къде могат да влязат данните
Това предсказание дава на идеята нещо рядко срещано в изследванията на квантовата гравитация: шанс да бъде тествана.
"Въпреки че този модел работи с невероятно високи енергии, той води до ясни прогнози, които днешните експерименти всъщност могат да намерят", отбелязва Афшорди. "Тази пряка връзка между квантовата гравитация и реалните данни е рядка и вълнуваща."
Статията сравнява своите прогнози с последните ограничения от данни за космическия микровълнов фон и барионните акустични трептения, включително резултати, включващи обсерваториите Planck, ACT, SPT, BICEP/Keck и DESI. Авторите твърдят, че техният модел може да се намира в благоприятна област от текущото пространство на данните, особено в сравнение със стандартната инфлация при една обща космологична настройка. Те също така отбелязват, че ако на тъмната енергия се позволи да еволюира, и двата модела остават в рамките на наблюдателните граници.
Все пак, предложената рамка зависи от обсъждана версия на работещите уравнения на теорията и в статията открито се отбелязва, че валидността на тези "физически" бета функции остава активен предмет на дискусия. Авторите също така правят предположението, че са налице много голям брой полета на материята, от порядъка на 10^5 до 10^6, дори ако тези полета не са възбудени. Това е основно изискване.
Има и други уговорки. Началото на инфлацията в модела остава спекулативно. Една от предложените отправни точки, безгранично евклидово многообразие, е представена като естествена възможност, а не като установен факт. Авторите също така признават неяснотата в начина, по който избират физическата скала за движение.
От квантови флуктуации до космическа структура. Тази илюстрация показва как малки квантови неравномерности в новородената вселена могат да бъдат разтегнати и усилени по време на космическа инфлация, като в крайна сметка послужат за основа на мащабната структура на космоса. Кредит: Perimeter Institute
Тензорът на Вейл в Общата теория на относителността е тензор без следи, представляващ конформно инвариантната част от кривината на пространство-времето (т. е. гравитацията). Той описва приливните сили и гравитационните вълни, изчезващи в конформно плоски пространства-времена, въпреки че остава ключов за изучаване на смущенията.
И макар тензорът на Вейл да изчезва в напълно хомогенен и изотропен фон, той все още влияе върху смущенията, което означава, че ролята му в стабилността, поведението на призраците и наблюдаемите прогнози все още се нуждае от по-внимателно проучване.
Мост между теорията и наблюдението
Следващите стъпки са технически, но важни. Екипът казва, че иска да провери дали инфлационната картина ще издържи на по-подробни изчисления, включително двуконтурни корекции, по-строго третиране на повторното нагряване и по-добро обяснение за това как Общата теория на относителността произтича от теорията за високите енергии. Екипът планира също така да прецизира прогнозите за предстоящи наблюдения.
Космологията навлиза в период, в който подобни усилия биха могли да се отплатят. Нови изследвания на галактики, експерименти с космически микровълнов фон и изследвания на гравитационни вълни повишават прецизността достатъчно високо, за да оспорят стари предположения за ранната Вселена.
Ако тази рамка се окаже валидна, тя би направила повече от просто промяна на популярен инфлационен модел. Тя би предположила, че първият изблик на растеж във Вселената е дошъл от собствената квантова структура на гравитацията, а не от допълнителни съставки, добавени по-късно, за да се получи математиката.
Извита карта на младата вселена. Външната повърхност представлява горещата ранна Вселена, отпечатана с малки температурни колебания, докато линиите на потока отдолу подсказват по-дълбоката математическа квантова структура, която може да е оформила нейното раждане и еволюция. Кредит: Perimeter Institute
Практически последици от изследването
Основното въздействие е, че тази теория дава на наблюдателите нещо конкретно, което да търсят.
Ако бъдещи измервания открият първични гравитационни вълни на нивото, изисквано от този модел, или затегнат границите достатъчно, за да изключат това, учените биха могли директно да проверят дали квантовата теория на гравитацията е оформила раждането на Вселената.
Това би стеснило полето на инфлационните модели и би могло да доближи до реални доказателства една от най-големите цели на физиката, свързването на гравитацията с квантовата механика.
Справка: Ultraviolet Completion of the Big Bang in Quadratic Gravity; Ruolin Liu, Jerome Quintin and Niayesh Afshordi; Phys. Rev. Lett. 136, 111501 – Published 18 March, 2026; DOI: https://doi.org/10.1103/6gtx-j455
Източник: Groundbreaking new theory rewrites quantum view of the Big Bang, Joshua Shavit, The Brighter Side of News
Още по темата
Космос
Странна структура в ранната Вселена е невероятно гореща и не се знае защо
Физика
Пренебрегвана идея на Айнщайн може да обясни как всъщност е възникнала Вселената
Физика
Нов модел обяснява защо има толкова големи черни дупки в ранната Вселена. И други космoлoгични мистерии
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Прост Човек
Последната теорема на Стивън Хокинг преобръща времето и причинността
Прост Човек
Разрязването на фотон на две създава безкраен рояк от частици
zlatkov
Учени сканират 74 милиона радиосигнала от междузвезден обект за признаци на извънземни технологии
Джендо Джедев
За срещата на Земята с Халеевата комета през 1910 г. някои са пили "противокометни хапчета"