Г олемият взрив често се описва като взривното раждане на Вселената - единствен момент, в който са се появили пространството, времето и материята, пише Sciencealert.
Но какво, ако това изобщо не е било началото? Ами ако нашата Вселена е възникнала от нещо друго - нещо по-познато и същевременно радикално?
Ето какво откри Енрике Гаштанага, професор в Института по космология и гравитация в университета на Портсмут, и екипът му.
В нова статия, публикувана във Physical Review D, аз и моите колеги предлагаме поразителна алтернатива. Изчисленията ни показват, че Големият взрив не е бил началото на всичко, а по-скоро резултат от гравитационен срив или колапс, при който се е образувала много масивна черна дупка - последван от отскок в нея.
Тази идея, която наричаме Вселена на черната дупка, предлага коренно различен възглед за космическия произход, но се основава изцяло на известната физика и наблюдения.
Днешният стандартен космологичен модел, основан на Големия взрив и космическата инфлация (идеята, че ранната Вселена бързо е увеличила размерите си), е изключително успешен в обяснението на структурата и еволюцията на Вселената. Но това има своята цена: той оставя някои от най-основните въпроси без отговор.
Например, моделът на Големия взрив започва със сингулярност - точка с безкрайна плътност, в която законите на физиката се нарушават. Това не е просто техническа грешка; това е дълбок теоретичен проблем, който предполага, че всъщност изобщо не разбираме началото.
A fresh start.https://t.co/dHcMLz4TH6
— ScienceAlert (@ScienceAlert) June 4, 2025
За да обяснят едромащабната структура на Вселената, физиците въвеждат кратка фаза на бързо разширяване в ранната Вселена, наречена космическа инфлация, задвижвана от неизвестно поле със странни свойства. По-късно, за да обяснят наблюдаваното днес ускорено разширяване, те добавят още един „мистериозен“ компонент: тъмната енергия.
Накратко, стандартният модел на космологията работи добре - но само чрез въвеждането на нови съставки, които никога не сме наблюдавали пряко. Междувременно най-основните въпроси остават отворени: откъде се е появило всичко? Защо е започнало по този начин? И защо Вселената е толкова плоска, гладка и голяма?
Нов модел
Нашият нов модел разглежда тези въпроси от различен ъгъл - като гледа навътре, а не навън. Вместо да започнем с разширяваща се Вселена и да се опитаме да проследим как е започнала, ние разглеждаме какво се случва, когато твърде гъста съвкупност от материя се срине под въздействието на гравитацията.
Това е добре познат процес: звездите колапсират в черни дупки, които са сред най-разбираемите обекти във физиката. Но какво се случва вътре в черната дупка, отвъд хоризонта на събитията, от който нищо не може да избяга, остава загадка.
През 1965 г. британският физик Роджър Пенроуз доказва, че при много общи условия гравитационният колапс трябва да доведе до сингулярност. Този резултат, разширен от покойния британски физик Стивън Хокинг и други, е в основата на идеята, че сингулярностите - като тази при Големия взрив - са неизбежни.
Идеята помага на Пенроуз да получи част от Нобеловата награда за физика за 2020 г. и вдъхновява световния бестселър на Хокинг „Кратка история на времето“: От Големия взрив до черните дупки.
Но има и едно предупреждение. Тези „теореми за сингулярността“ разчитат на „класическата физика“, която описва обикновените макроскопични обекти. Ако включим ефектите на квантовата механика, която управлява миниатюрния микрокосмос от атоми и частици, както трябва да стане при екстремни плътности, историята може да се промени.
В новата ни статия показваме, че гравитационният колапс не е задължително да завърши със сингулярност. Намираме точно аналитично решение - математически резултат без приближения. Нашите математически изчисления показват, че с приближаването към потенциалната сингулярност размерът на Вселената се променя като (хиперболична) функция на космическото време.
Това просто математическо решение описва как колапсиращият облак от материя може да достигне състояние на висока плътност и след това да отскочи, отблъсквайки се навън в нова разширяваща се фаза.
Но как така теоремите на Пенроуз забраняват подобни резултати? Всичко това се дължи на правило, наречено принцип на квантовото изключване, според което две идентични частици, известни като фермиони, не могат да заемат едно и също квантово състояние (например ъглов момент или „спин“).
И ние показваме, че това правило не позволява частиците в колапсиращата материя да бъдат притискани безкрайно. В резултат на това колапсът спира и се обръща в обратна посока. Отскокът е не само възможен - той е неизбежен при подходящи условия.
Изключително важно е, че този отскок се случва изцяло в рамките на общата теория на относителността, която се прилага в големи мащаби като звезди и галактики, в съчетание с основните принципи на квантовата механика - не са необходими екзотични полета, допълнителни измерения или спекулативна физика.
Това, което се появява от другата страна на отскока, е вселена, забележително подобна на нашата. Още по-изненадващо е, че отскокът по естествен начин създава двете отделни фази на ускорено разширяване - инфлация и тъмна енергия - задвижвани не от хипотетични полета, а от физиката на самия отскок.
Проверими предсказания
Една от силните страни на този модел е, че той прави предсказания, които могат да бъдат проверени. Той предсказва малка, но ненулева положителна пространствена кривина - което означава, че Вселената не е точно плоска, а леко извита, като повърхността на Земята.
Това е просто остатък от първоначалната малка свръхплътност, която е предизвикала колапса. Ако бъдещи наблюдения, като например провежданата в момента мисия „Евклид“, потвърдят наличието на малка положителна кривина, това ще бъде силен намек, че нашата Вселена наистина е възникнала от такъв скок. Това също така прави прогнози за скоростта на разширяване на сегашната Вселена - нещо, което вече е проверено.
Този модел не само решава техническите проблеми на стандартната космология. Той би могъл да хвърли нова светлина и върху други дълбоки загадки в разбирането ни за ранната Вселена - като произхода на свръхмасивните черни дупки, природата на тъмната материя или йерархичното формиране и еволюция на галактиките.
Тези въпроси ще бъдат проучени от бъдещи космически мисии като Arrakhis, която ще изследва дифузни характеристики като звездни ореоли (сферична структура от звезди и кълбовидни купове, обграждащи галактиките) и сателитни галактики (по-малки галактики, които обикалят около по-големи), които трудно се откриват с традиционните телескопи от Земята и ще ни помогнат да разберем тъмната материя и еволюцията на галактиките.
Тези явления могат да бъдат свързани и с реликтови компактни обекти - като черни дупки - които са се образували по време на фазата на колапс и са оцелели след отскока.
Вселената на черните дупки предлага и нова перспектива за нашето място в космоса. В тази рамка цялата наблюдавана от нас вселена се намира във вътрешността на черна дупка, образувана в някаква по-голяма „родителска“ вселена.
Ние не сме специални, както Земята не е била специална в геоцентричния светоглед, заради който Галилей (астрономът, който през XVI и XVII в. изказал предположението, че Земята се върти около Слънцето) е бил поставен под домашен арест.
Ние не сме свидетели на раждането на всичко от нищото, а по-скоро на продължаването на един космически цикъл, който се определя от гравитацията, квантовата механика и дълбоките взаимовръзки между тях.
