Простое начало: может ли гравитация объяснить рождение структуры Вселенной?

Самый фундаментальный вопрос, который только может задать человечество, — откуда мы взялись и как все вокруг обрело существование? На протяжении десятилетий общепринятым ответом была величественная и странная теория космической инфляции — мгновенного, сверхсветового расширения новорожденной Вселенной в первую невообразимо малую долю секунды. Эта теория стала краеугольным камнем современной космологии, объясняя поразительную однородность и плоскую геометрию наблюдаемого космоса.

Но что, если этот краеугольный камень дал трещину? Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Research международной группой ученых из Испании и Италии, бросает вызов этой устоявшейся парадигме, предлагая более простую и элегантную модель рождения всего сущего, где главным творцом выступают не гипотетические поля, а давно предсказанная рябь самого пространства-времени — гравитационные волны.

Данное исследование направлено на переосмысление самых ранних моментов существования Вселенной, ставя под сомнение доминирующую теорию инфляции. Ученые предприняли попытку ответить на вопрос, как именно процессы, произошедшие сразу после рождения Вселенной, определили ее дальнейшее формирование, эволюцию и появление такой сложной структуры, включая галактики, звезды и, в конечном счете, жизнь.

Для проверки своей гипотезы команда использовала серию сложных компьютерных моделей, которые симулируют условия и физику первичной Вселенной. Результаты этого моделирования свидетельствуют против необходимости периода инфляции. Вместо этого новая модель апеллирует к фундаментальным и проверенным явлениям: Общей теории относительности Эйнштейна и квантовой механике. Ученые предполагают, что ключевую роль сыграли гравитационные волны — колебания ткани пространства-времени, предсказанные Эйнштейном еще в 1916 году.

Согласно предложенной модели, эти первичные гравитационные волны являются неотъемлемой частью особой математической конструкции — пространства де Ситтера. Это абстрактное решение уравнений Эйнштейна, над которым голландский математик Виллем де Ситтер работал совместно с Эйнштейном в 1920-х годах, изначально описывает пустующую Вселенную с положительной космологической постоянной. Исследователи полагают, что свойства этого пространства в сочетании с квантовыми флуктуациями, усиленными гравитационными волнами, были достаточны для запуска процесса образования всей космической структуры.

Как отмечает соавтор исследования доктор Рауль Хименес из ICREA (Испания), главное достоинство этой модели — ее простота и проверяемость. В отличие от теории инфляции, которая постулирует существование экзотических скалярных полей, никогда не наблюдавшихся непосредственно, новая модель не добавляет спекулятивных элементов. Она опирается лишь на известные составляющие — гравитацию и квантовую механику, — демонстрируя, что их взаимодействия могло быть достаточно для создания «семян» будущих галактик.

Этот подход перекликается с историей обнаружения гравитационных волн. Хотя их существование было теоретически обосновано давно, прямое экспериментальное подтверждение пришло лишь в 2015 году благодаря невероятно точным инструментам обсерватории LIGO. Сложность обнаружения объясняется тем, что они порождаются катастрофическими событиями, такими как слияние черных дыр, и приходят на Землю крайне ослабленными. Новая модель возводит эти волны в ранг космологического творца, что открывает возможности для их поиска в новом контексте — не как следствия космических катаклизмов, а как причины самого мироздания.

Несмотря на все достижения, происхождение Вселенной, и в особенности то, что предшествовало Большому взрыву, остается величайшей научной тайной. Это исследование не претендует на то, чтобы дать окончательный ответ, но оно предлагает свежий и минималистичный взгляд на проблему. Оно переносит акцент с гипотетической инфляции на вполне реальные, хотя и экзотические, гравитационные волны. Как сказал Карл Саган: «Мы — способ, которым Вселенная познает себя». Это исследование — еще одна попытка такого познания, возможно, позволяющая нам понять фундаментальные законы мироздания немного лучше, без усложняющих допущений, руководствуясь принципом бритвы Оккама.