Новая гипотеза: что если Большой взрыв никогда не происходил? Учёные ставят под сомнение всю теорию возникновения Вселенной

Наша Вселенная, как предполагается, возникла из сингулярности. Обычно эту загадочную концепцию в физике связывают с центром чёрных дыр. Но что, если на самом деле сингулярности не существуют? Недавно один учёный представил доказательства того, что идея сингулярности может быть ошибочной. Это, в свою очередь, означает, что наша Вселенная могла возникнуть не вследствие Большого взрыва. В теории сингулярность представляет собой точку, в которой нечто бесконечно малое и бесконечно плотное одновременно существует. Вероятно, такое явление можно обнаружить в центре чёрных дыр, где гравитация настолько велика, что ничто не способно вырваться наружу, даже свет. В этой точке известные законы физики перестают действовать. Теоретически, сингулярность могла существовать и в самом начале Вселенной, когда вся материя и энергия были сосредоточены в бесконечно малой точке. Но вот в чем вопрос: что если этих сингулярностей не существует?

Рой Керр, известный физик, который, среди прочего, открыл метрику Керра, сомневается в этой концепции, и на это у него есть веские причины. Керр является специалистом по чёрным дырам и первым описал гравитационное поле вращающихся чёрных дыр. Откуда же взялась идея сингулярностей? Задумывались ли вы когда-нибудь, как учёные приходят к таким идеям? Большой взрыв, внутреннее устройство чёрных дыр и многое другое. Хорошо известно, что ничто не может покинуть чёрную дыру. Также никто из нас не был свидетелем начала Вселенной. Так откуда же учёные черпают свои знания? Идея сингулярности появилась благодаря общей теории относительности Альберта Эйнштейна. В этой теории, опубликованной в 1915 году, Эйнштейн описывает, как массы искривляют пространство и время, создавая тем самым гравитацию. Одним из первых решений уравнений Эйнштейна стало решение Шварцшильда, которое описывает гравитационное поле невращающегося объекта со сферической массой. Карл Шварцшильд обнаружил, что у такого тела может существовать горизонт событий, граница, за которой ничто, даже свет, не может вырваться наружу.

В центре этого решения находится сингулярность – точка бесконечной плотности и гравитации, где известные законы физики перестают работать. Таким образом, Шварцшильд описал чёрную дыру в 1920-х годах, не зная, что такие объекты реально существуют. Сингулярность была выведена математически и существовала задолго до того, как были обнаружены объекты, очень близкие по своим свойствам к её описанию. Однако возможно, что мы ошиблись, и чёрные дыры представляют собой нечто совершенно иное. Роджер Пенроуз в 1965 году математически доказал, что сингулярности неизбежны в общей теории относительности, если существует горизонт событий. Это означает, что чёрные дыры неизбежно должны содержать сингулярности, если у них есть горизонт событий. Мы можем наблюдать горизонт событий чёрной дыры, но не её внутреннюю часть. Таким образом, учёные объединили наблюдаемое явление с математическим выводом. Горизонт событий – это граница, за которой материя находится настолько близко к чёрной дыре, что никакие известные силы не могут её оттуда вырвать. Однако в этой идее есть одна тонкость: Стивен Хокинг доказал, что чёрные дыры испускают небольшое количество излучения.

Это свидетельствует о том, что горизонт событий не является абсолютным понятием. В 2020 году Роджер Пенроуз был удостоен Нобелевской премии за свои исследования, вновь поднимающие вопрос о существовании сингулярности. Он доказал, что в окрестностях сингулярности пространство и время искривляются настолько сильно, что привычные нам законы физики перестают быть применимыми. Теорема Пенроуза о сингулярности основывается на концепции геодезической неполноты, утверждающей, что траектории частиц и световых лучей, именуемых геодезическими линиями, должны заканчиваться внутри чёрной дыры. Из этого следует, что само пространство-время прекращает своё существование в этих точках, что и приводит к выводу о реальности сингулярностей. Значимость этой теории невозможно переоценить, так как она акцентирует основное противоречие между общей теорией относительности и квантовой механикой. Общая теория относительности предсказывает наличие сингулярностей, представляющих собой точки бесконечной плотности и гравитации, однако квантовая механика не допускает существование подобных бесконечностей, так как на этих масштабах она теряет свою применимость. Это противоречие вновь указывает на существование какого-то изъяна в наших физических дисциплинах, который пока не удалось выявить.

Невозможно разделить общую теорию относительности и квантовую физику, так как обе эти теории описывают наш мир. Если сингулярности действительно не существуют, как предполагает новейшая работа Роя Керра, последствия этого открытия могут быть крайне значительными. Керр с убедительными доводами демонстрирует, что выводы Пенроуза могут оказаться ошибочными, и что вращающиеся чёрные дыры обладают не точечными сингулярностями, а кольцевой структурой, или, возможно, не содержат сингулярностей вовсе. Такое понимание может означать, что пространство-время не прерывается внутри чёрных дыр. Если гипотезы Керра окажутся верными, это означало бы, что общая теория относительности способна функционировать без необходимости введения сингулярностей. Это могло бы устранить противоречие с квантовой механикой и открыть перед нами совершенно новое измерение в физике. Что же говорит нам метрика Керра? Поражает, насколько эти таинственные чёрные дыры бросают вызов современным учёным. Сегодня о чёрных дырах вновь говорят как о ключе к глубокому пониманию устройства Вселенной, ведь они являются одними из самых загадочных объектов в космосе и, безусловно, обладают невероятной мощью. Метрика Керра была разработана в 1963 году и является продолжением решения Шварцшильда.

Шварцшильд занимался математическим описанием невращающихся сферических чёрных дыр, а Керр сосредоточился на вращающихся чёрных дырах. Это достаточно существенное отличие. Большинство известных в астрофизике чёрных дыр вращаются, однако не все они обладают одинаковой формой. В своей работе Керр описал чёрную дыру с двумя горизонтами — внешним горизонтом событий и внутренним горизонтом Коши, а также с кольцевой сингулярностью. Эти вращающиеся чёрные дыры также обладают так называемой эргосферой, областью, где пространство и время увлекаются вращением чёрной дыры. Эргосфера располагается за внешним горизонтом событий чёрной дыры по Керру, в пределах которой объекты вынуждены вращаться вместе с чёрной дырой. Теоретически внутри эргосферы можно извлечь энергию из чёрной дыры. Метрика Керра показывает, что поведение и структура чёрных дыр могут быть описаны и оценены иначе, чем это делал Шварцшильд. С 1960-х годов метрика Керра применяется для понимания динамики аккреционных дисков, околочёрных образований и других высокоэнергетических явлений, связанных с чёрными дырами. Открытия Керра оказали значительное влияние на теоретическую физику и астрофизику, а также изменили наше понимание гравитации.

Рой Керр выдвинул новые теории, которые ставят под сомнение существование сингулярностей и могут предложить совершенно новый взгляд на структуру чёрных дыр. Его открытия и теории значительно расширили понимание общей теории относительности и устройства Вселенной, особенно в контексте вращающихся чёрных дыр и связанных с ними сложных явлений. В своей работе Керр доказал, что гипотеза о существовании сингулярностей в рамках общей теории относительности может быть ошибочной, и сделал это с помощью ясных и математически точных аргументов. Он пояснил, что математические расчёты, указывающие на наличие сингулярностей, не обязательно свидетельствуют о существовании таких точек в реальности. Значения, используемые в этих расчётах, могут не означать наличие реальных физических конечных точек. Что нам говорит квантовая гравитация? Мы вновь сталкиваемся с научной загадкой: даже если сингулярности не существует и учёный может логически доказать, что гипотезы общей теории относительности не обязаны воплощаться в реальности, чтобы физика продолжала работать, остаётся вопрос: что же тогда реально? Как нам разгадать тайны Вселенной? И сможем ли мы когда-нибудь узнать истинную природу реальности?

Возможно, мы находимся на таком этапе научных исследований, когда наблюдения и эксперименты вынуждают нас искать объединение квантового мира с физически наблюдаемыми объектами. Эйнштейн называл это уравнением единого поля, формулой, которая одинаково хорошо описывала бы микромир и макромир. Такая формула должна существовать, или, по крайней мере, можно сказать, что должен существовать мост между ними. Но сможем ли мы когда-нибудь физически и математически постичь всю сущность Вселенной? Представьте, что физик решил бы рассчитать параметры вашего тела. Он мог бы использовать определённые меры длины и ширины, возможно, описать гравитационные процессы, такие как ваш вес, циркуляцию дыхания или ускорение при беге. Однако очевидно, что физические расчёты не смогут полностью описать столь сложный, но при этом естественный объект, как человеческое тело. Подобная ситуация может наблюдаться и с Вселенной. Возможно, мы слишком долго видели, измеряли и рассчитывали лишь одну сторону реальности, упуская из вида, что у Вселенной есть измерения, которые ускользают от внимания традиционной науки. Изначально проблема заключалась в том, что люди долгое время считали звёзды, планеты и всё, что мы видим во Вселенной, просто мёртвыми объектами. Но уже около ста лет назад стало ясно, насколько динамичной является Вселенная, и сейчас мы стоим на пороге того, чтобы приспособиться к новым, менее предсказуемым реалиям.

Квантовый мир, в частности, учит нас, что ничто не является таким, каким кажется. Кванты — это строительные блоки мира, который мы видим, и они нестабильны, непредсказуемы и даже не являются по-настоящему твёрдой материей. Рой Керр является одним из сторонников теории петлевой квантовой гравитации, которая описывает пространство-время как сеть мелких, отдельных строительных блоков. Это схоже с теорией струн, которая утверждает, что фундаментальные элементы Вселенной представляют собой одномерные нити. Обе эти теории, по сути, могут соединить субатомный мир и видимый мир. Общая теория относительности описывает гравитацию и структуру Вселенной в больших масштабах, таких как планеты, звёзды и галактики. В то же время квантовая гравитация пытается описать гравитацию как квантованное взаимодействие, подобное другим фундаментальным силам. В петлевой квантовой гравитации гравитация вызывается маленькими единицами, а в теории струн — колебаниями этих нитей или струн.

В этих теориях сила, которую мы знаем как гравитацию, исходит от частицы, названной учёными гравитоном. Однако существование гравитона ещё не подтверждено экспериментально. Исследования в этой области продолжаются, в частности, в рамках экспериментов на Большом адронном коллайдере в Женеве. Пока у нас есть только теории и гипотезы, но нет точных объяснений или доказательств. В 2024 году учёные обнаружили, что кванты ведут себя совсем не так, как предполагалось ранее: они способны очень быстро менять своё поведение в определённых условиях. Это указывает на то, что их динамика отличается от привычных нам ньютоновских законов движения и гравитации. Где бы мы ни искали ответы в современной физике, будь то на краю Вселенной, где телескоп Джеймса Уэбба обнаруживает одну неожиданность за другой, или на уровне мельчайших частиц, или в теоретической физике, старые представления рушатся, открывая нам новые и неожиданные миры. Что думаете?

С вами была группа Развитие | Факты!

Палец вверх, подписка — неоценимая поддержка нашего труда?.

Источник: vk.com

Комментарии: