Вселената може да е съществувала вечно според нов модел, който допълва Общата теория на относителността на Айнщайн.

Моделът може да обясни и тъмната материя и тъмната енергия, решавайки няколко проблема наведнъж.

Общоприетата възраст на Вселената, изчислена според Общата теория на относителността, е 13,8 милиарда години. Смята се, че в началото всичко съществуващо е заемало една-единствена безкрайно плътна точка, или сингулярност. Едва след като тази точка е започнала да се разширява при „Големия взрив“, Вселената е започнала официално.

Макар че сингулярността на Големия взрив произтича пряко и неизбежно от математиката на Общата теория на относителността, някои учени я смятат за проблематична, тъй като математиката може да обясни само това, което се е случило непосредствено след сингулярността - не и преди нея.

„Сингулярността на Големия взрив е най-сериозният проблем на Общата теория на относителността, тъй като законите на физиката изглежда се разпадат там“, коментира пред Phys.org Ахмед Фараг Али (Ahmed Farag Ali) от Университета Бенха и Града на науката и технологиите Зевейл, Египет.

Али и съавторът му Сурья Дас (Saurya Das) от Университета Летбридж в Алберта, Канада, показват в статия, публикувана във Physics Letters B, че сингулярността на Големия взрив може да бъде разрешена чрез техния нов модел, в който Вселената няма начало и край.

Преразглеждане на стари идеи

Физиците подчертават, че техните членове за квантова корекция не са приложени ad hoc в опит да се премахне сингулярността на Големия взрив. Тяхната работа се основава на идеите на физика теоретик Дейвид Бом (David Bohm), който е известен и с приноса си към философията на физиката. От 50-те години на миналия век Бом изследва замяната на класическите геодезически траектории (най-краткият път между две точки върху извита повърхност) с квантови траектории.

В статията си Али и Дас прилагат тези траектории на Бом към уравнение, разработено през 50-те години на миналия век от физика Амал Кумар Райчаудури (Amal Kumar Raychaudhuri) в Университета Presidency в Калкута, Индия. Райчаудхури е бил и учител на Дас, когато той е бил студент в това учебно заведение през 90-те години на миналия век.

Използвайки квантово коригираното уравнение на Райчаудури, Али и Дас извеждат квантово коригираните уравнения на Фридман, които описват разширяването и еволюцията на Вселената (включително Големия взрив) в контекста на Общата теория на относителността. Въпреки че това не е истинска теория на квантовата гравитация, моделът съдържа елементи както от квантовата теория, така и от Общата теория на относителността. Али и Дас също така очакват техните резултати да се запазят дори ако и когато бъде формулирана пълна теория на квантовата гравитация.

Няма сингулярности, нито тъмни елементи

Освен че не предсказва сингулярност на Големия взрив, новият модел не предсказва и сингулярност на „големия срив“ (big crunch). В Общата теория на относителността една от възможните съдби на Вселената е тя да започне да се свива, докато не се срине в себе си в Голям срив и отново не се превърне в безкрайно плътна точка.

Али и Дас обясняват в статията си, че техният модел избягва сингулярностите поради ключова разлика между класическите геодезични траектории и траекториите на Бом. Класическите геодезически линии в крайна сметка се пресичат и точките, в които се събират, са сингулярности. За разлика от тях траекториите на Бом никога не се пресичат, така че сингулярностите не се появяват в уравненията.

В космологичен план учените обясняват, че квантовите корекции могат да се разглеждат като член на космологичната константа (без да е необходима тъмна енергия) и член на радиацията.

Тези членове поддържат крайния размер на Вселената и следователно й придават безкрайна възраст. Членовете също така дават прогнози, които са в близко съответствие с настоящите наблюдения на космологичната константа и плътността на Вселената.

Нова гравитационна частица

От физична гледна точка моделът описва Вселената като изпълнена с квантова течност. Учените предполагат, че този флуид може да е съставен от гравитони - хипотетични безмасови частици, които са посредници на гравитационната сила. Ако съществуват, гравитоните ще играят ключова роля в теорията на квантовата гравитация.

В свързана статия Дас и друг негов сътрудник, Раджат Бхадури (Rajat Bhaduri) от Университета Макмастър, Канада, придават допълнително значение на този модел. Те показват, че гравитоните могат да образуват Бозе-Айнщайнов кондензат (кръстен на Айнщайн и друг индийски физик, Сатиендра Нат Бозе) при температури, които са съществували във Вселената през всички епохи.

Мотивирани от потенциала на модела да разреши проблема с сингулярността на Големия взрив и да обясни тъмната материя и тъмната енергия, физиците планират да анализират своя модел по-задълбочено в бъдеще. Бъдещата им работа включва повторно провеждане на изследването, като се вземат предвид малки нехомогенни и анизотропни смущения, но те не очакват малките смущения да повлияят значително на резултатите.

„Удовлетворяващо е да се отбележи, че такива прости корекции могат потенциално да разрешат толкова много въпроси наведнъж“, споделя Дас.

Справка: Ahmed Farag Ali and Saurya Das. „Cosmology from quantum potential." Physics Letters B. Volume 741, 4 February 2015, Pages 276–279. DOI: 10.1016/j.physletb.2014.12.057. Also at: arXiv:1404.3093[gr-qc].

Saurya Das and Rajat K. Bhaduri, „Dark matter and dark energy from Bose-Einstein condensate“, preprint: arXiv:1411.0753[gr-qc].

Източник: No Big Bang? Quantum equation predicts universe has no beginning, Lisa Zyga, Phys.org