Вселенная существовала всегда: физики исправили уравнения Эйнштейна квантовой механикой

Вселенная могла существовать всегда — к такому выводу пришли физики, применившие квантовые поправки к уравнениям общей теории относительности Эйнштейна. Более того, их модель способна объяснить природу тёмной материи и тёмной энергии, решая сразу несколько фундаментальных проблем современной космологии.

По общепринятым данным, возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет. Согласно стандартной модели, в самом начале всё сущее находилось в одной точке с бесконечной плотностью — сингулярности. После этого произошёл Большой взрыв, положивший начало расширению пространства и времени. Однако сама сингулярность остаётся проблемной: она вытекает из уравнений Эйнштейна, но в ней законы физики перестают работать. Мы можем описывать, что происходило после, но не в момент "нуля" и не до него.

Физик Ахмед Фараг Али из Университета Бенхи и Научного города Зувейля в Египте, а также его соавтор Саурья Дас из Университета Летбриджа в Канаде предложили модель, в которой сингулярность вообще не возникает. Их работа опубликована в журнале Physics Letters B. Согласно их расчётам, Вселенная не имела ни начала, ни конца. Всё бесконечно — и в прошлом, и в будущем.

Модель основывается на идеях известного теоретика Дэвида Бома, который ещё в 1950-х предлагал заменить классические геодезические линии (траектории движения в искривлённом пространстве) на так называемые бомовские квантовые траектории. Эти идеи были применены к уравнению Рейчаудхури, разработанному физиком Амалом Кумаром Рейчаудхури, преподавателем самого С. Даса во времена его студенчества в Индии. В результате получились квантово-модифицированные уравнения Фридмана, описывающие расширение и эволюцию Вселенной — но уже без "точки начала".

Одно из главных достоинств новой модели — в ней не возникает сингулярностей. В классической геометрии геодезические линии пересекаются, что приводит к сингулярностям. В бомовском подходе траектории не пересекаются — и точки бесконечной плотности просто не появляются в расчётах.

Кроме того, квантовые поправки в этой модели действуют как космологическая постоянная и излучение, стабилизируя Вселенную. В результате она сохраняет конечный размер, но бесконечное существование. При этом расчёты хорошо согласуются с текущими наблюдениями плотности и расширения Вселенной.

По сути, модель описывает Вселенную как квантовую жидкость, которая может состоять из гравитонов — гипотетических безмассовых частиц, передающих гравитационное взаимодействие. В другой работе Дас совместно с Раджатом Бхадури из Университета Макмастера показали, что гравитоны могут образовывать конденсат Бозе — Эйнштейна при температурах, существовавших на всех этапах жизни Вселенной.

Авторы планируют продолжить исследования и учитывать в модели мелкие неоднородности и анизотропии. Однако они уверены, что даже с поправками на неровности структура их модели останется устойчивой. Всё это, как подчёркивает Дас, удивительно — ведь простые квантовые коррекции способны устранить целый ряд ключевых проблем космологии одновременно.