Новое исследование утверждает, что Вселенная началась с двух Больших Взрывов

Две космологические загадки продолжают занимать умы как профессиональных ученых, так и любителей науки. Первая — это детальное понимание того, как возникла Вселенная. Вторая — это природа темной материи, вещества, которое считается гораздо более распространенным, чем все звезды и галактики во Вселенной. Недавняя работа исследует возможную сложную связь между этими двумя явлениями и предполагает, что начало Вселенной включало не один, а два Больших Взрыва.

Чтобы понять последствия этой интересной новой идеи, мы должны сначала рассмотреть преобладающие представления как о Большом взрыве, так и о темной материи.

В начале

Согласно принятой теории возникновения Вселенной, через крохотную долю секунды после возникновения Вселенной произошел период, называемый «инфляция». Во время инфляции Вселенная расширялась очень быстро — быстрее скорости света. Инфляция была вызвана существованием формы энергии, называемой «энергией вакуума».

Инфляция сохранялась лишь очень короткое время, гораздо меньше секунды, в течение которого наша видимая Вселенная расширилась от размера меньше атома до размеров футбольного стадиона.

Когда период инфляции закончился, энергия, движущая расширением, изменила форму и создала материю, которая превратилась во Вселенную, которую мы видим сегодня. Момент, когда Вселенная перешла от управления инфляцией к наполнению горячей и плотной плазмой, является началом того, что ученые называют Большим взрывом.

Другое интересное явление — темная материя, предполагаемое вещество, которое, если оно существует, объясняет некоторые наблюдаемые астрономические аномалии.

Галактики, как и люди, состоят из обычной материи, и мы можем использовать законы физики, чтобы предсказать, как они должны двигаться. Однако, когда астрономы изучают их, они видят некоторые сюрпризы. Одним из примеров является то, что галактики вращаются быстрее, чем ожидалось.

Второй пример заключается в том, что определенные скопления галактик не должны существовать, поскольку отдельные галактики движутся так быстро, что они должны избегать гравитационного притяжения своих соседей.

Хотя существует несколько возможных объяснений этих и других астрономических загадок, большинство ученых полагают, что помимо видимой материи звезд и галактик существует еще одна форма материи, называемая темной материей. Если темная материя существует, то она в пять раз более распространена, чем обычная материя, и эта дополнительная масса создает дополнительную гравитацию, а это означает, что галактики могут вращаться быстрее и двигаться быстрее, чем ожидалось.

Единственный способ, которым исследователи пришли к выводу о существовании темной материи, — это то, как она влияет на близлежащую обычную материю посредством гравитационного притяжения. Нет никаких доказательств того, что темная материя взаимодействует каким-либо другим образом.

Два больших взрыва

В преобладающей теории происхождения Вселенной и обычная материя, и темная материя были созданы одновременно, менее чем через секунду после возникновения Вселенной. По сути, считается, что серия шагов превратила энергию, управляющую инфляцией, в материю и темную материю.

Однако новая статья, опубликованная на ArXiv, предполагает другую возможность. Учитывая, что обычная материя и темная материя взаимодействуют только посредством гравитации, возможно, в ранней Вселенной они не появились одновременно. В этой статье предполагается, что, хотя энергия инфляции в конечном итоге перешла в обычную материю, темная материя могла иметь другое происхождение. В новой теории существовала вторая форма энергии, похожая на энергию вакуума, вызвавшую инфляцию, но эта новая энергия была энергией темного вакуума, которая стала источником темной материи.

Если это правда, что энергия обычного вакуума и энергия темного вакуума различны, то не обязательно, чтобы они превращались в частицы одновременно.

Действительно, новая теория предполагает, что вместо того, чтобы создаться через долю секунды после возникновения Вселенной, вакуумная темная энергия могла бы создать частицы темной материи целый месяц спустя. Это все еще очень небольшой срок по сравнению с временем жизни Вселенной, но он большой по сравнению с временными масштабами, используемыми в физике элементарных частиц.

Проверка идеи

Можно ли проверить эту новую идею? Если темная материя и обычная материя взаимодействуют только посредством гравитации, десятки проводимых сейчас экспериментов с темной материей потерпят неудачу.

Все они зависят от темной материи и обычной материи, испытывающих какое-то взаимодействие за пределами гравитации. Таким образом, если эта новая теория верна, это было бы разочаровывающим для них.

Однако когда энергия темного вакуума перешла в частицы темной материи, это изменение энергии потрясло бы структуру пространства и времени, создав гравитационные волны, которые наполнили Вселенную. По крайней мере метафорически это может показаться «гулом» в структуре пространства.

Очень точные эксперименты уже сообщили об обнаружении космического гула, но необходима определенная осторожность. Есть несколько астрономических явлений, которые могут генерировать подобный гул. Таким образом, недавнее обнаружение не является подтверждением этой новой теории. Для этого потребуется больше данных и гораздо более сложный анализ.

Однако тот факт, что существуют установки, способные обнаруживать нужные гравитационные волны, дает нам надежду, что исследователи смогут подтвердить или опровергнуть эту идею в течение нескольких лет.