Инфляция объясняет, почему Вселенная кажется такой гладкой и однородной на больших масштабах. Но если инфляция ответственна за всё, что мы видим сегодня, возникает вопрос: что же было до этого?
Пока что не существует экспериментов, способных наблюдать события до инфляции. Однако математики могут построить возможные сценарии, применяя общую теорию относительности Эйнштейна к самым ранним моментам времени.
Исследователи Гязал Гешнизжани из Института Периметра, Эрик Линг из Копенгагенского университета и Жером Квентин из Университета Ватерлоо недавно опубликовали статью в Journal of High Energy Physics. Они показали, что возможно заглянуть за пределы нашей Вселенной.
Главный вопрос, который исследовали Гешнизжани, Линг и Квентин, заключается в том, существует ли точка до инфляции, где законы гравитации перестают работать из-за сингулярности. Сингулярность – это точка в пространстве-времени, где математические описания теряют смысл. Например, функция 1/x становится бесконечной при x, стремящемся к нулю.
Иногда сингулярности можно обойти. Например, горизонты событий черных дыр считались физической сингулярностью, но затем было показано, что это лишь математическая особенность, связанная с выбором координат. Однако в центре черной дыры плотность и кривизна становятся бесконечными, что невозможно устранить сменой координат.
Исследователи изучили, является ли начало Большого взрыва такой же физической сингулярностью, как центр черной дыры, или это просто математическая особенность. Их работа основывается на теореме , доказанной в 2003 году Арвиндом Борде, Аланом Гутом и Александром Виленкиным, согласно которой инфляция должна иметь начало.
Используя параметр, называемый масштабным фактором, описывающим изменение расстояний между объектами по мере расширения Вселенной, исследователи классифицировали возможные сценарии до инфляции. Они показали, что при определенных условиях сингулярность действительно является кривизной, а в других случаях её можно избежать.
Исследование подтверждает, что если количество материи во Вселенной было незначительно по сравнению с количеством темной энергии, сингулярность можно устранить. В этом случае свет может проходить через границу, и история Вселенной может простираться за пределы Большого взрыва.
Однако, если в ранней Вселенной было больше материи, сингулярность оказывается физической кривизной, где законы гравитации перестают работать.
Сингулярность указывает на то, что общая теория относительности не является полным описанием фундаментальных законов физики. Продолжаются попытки создать теорию, которая объединит общую теорию относительности с квантовой механикой. Новая работа является шагом на пути к такой теории, позволяющей лучше понять Вселенную на самых высоких уровнях энергии.
