У найбільших масштабах речовина у Всесвіті розподілена напрочуд рівномірно, а сам він виглядає майже однаково в усіх напрямках. Водночас космологічні моделі допускають, що на найраніших етапах різні ділянки простору могли розширюватися з неоднаковою швидкістю. Тепер фізики запропонували механізм, який пояснює, як ця первісна анізотропія могла дуже швидко згладитися.
Слабке місце моделей відскоку
Якщо екстраполювати рівняння загальної теорії відносності назад у часі, вони приводять до космологічної сингулярності — стану з нескінченною густиною, де звичайний опис простору й часу перестає працювати. Петльова квантова космологія пропонує інший сценарій. У ньому сучасній фазі розширення передувала фаза стискання, а перехід між ними відбувся через квантовий відскок (Big Bounce), під час якого Всесвіт досяг мінімального, але ненульового розміру.
Такі сценарії стикаються з серйозною перешкодою, відомою як проблема анізотропії. Крихітні ранні деформації стрімко наростають у міру наближення до моменту відскоку. У результаті після цієї події Всесвіт залишився б сильно викривленим і зовсім не схожим на той, який ми спостерігаємо сьогодні.
Квантове згладжування
Команда з Бейлорського університету в США разом із колегами з Китаю та Бразилії змоделювала поведінку так званого всесвіту Б’янкі типу I, у якому темп розширення залежить від напрямку. Для розрахунків науковці застосували модифіковану петльову квантову космологію (mLQC-I). Цей підхід поєднує принципи мікросвіту з описом гравітації.
Обчислення показали, що поблизу планківських масштабів квантові поправки до геометрії простору-часу змінюють рівняння еволюції. Навіть якщо перед відскоком асиметрії величезні, одразу після нього вони згасають експоненційно швидко.
За словами старшого автора дослідження Аньчжуна Вана, ефект діє незалежно від того, якими сильними були початкові відхилення. Однорідний та ізотропний Всесвіт надійно постає ще в глибоко квантовому режимі, повідомляє Phys.org.
Вирівнювання без екзотики
Головний результат роботи полягає у запропонованому механізмі самоізотропізації, який ґрунтується виключно на квантовій природі простору-часу й не потребує введення екзотичних полів матерії. Якщо цей механізм підтвердиться, він може усунути одну з головних концептуальних проблем космологічних моделей із квантовим відскоком. Стаття з висновками опублікована в рецензованому журналі Physical Review Letters.
Спостереження реліктового випромінювання — найдавнішого світла, доступного сучасним приладам, — показують, що температура різних ділянок неба однакова з точністю приблизно до однієї стотисячної. Саме пояснення такої разючої однорідності є одним із головних завдань теорій раннього Всесвіту. Запропонований механізм показує, як ця однорідність могла виникнути ще на ранньому етапі еволюції космосу, до початку інфляції, якщо така фаза справді мала місце. До того ж описаний процес створює впорядковані стартові умови для подальшої інфляції, епохи стрімкого розширення простору.
Наступні кроки
Надалі автори планують розрахувати еволюцію космологічних збурень, які виникають під час цієї симетричної фази. Це допоможе з’єднати стан одразу після відскоку з сучасним Всесвітом.
Паралельно команда шукатиме вимірювані сліди передбаченого ефекту. Знайти їх сподіваються в реліктовому випромінюванні та в первинних гравітаційних хвилях.
