Общая теория относительности Альберта Эйнштейна дала жизнь многим положениям, на которые опирается современная наука. Например, согласно основанной на ней космологической модели, Вселенная в существующем виде появилась 13,8 миллиардов лет в результате Большого взрыва. До этого она пребывала в так называемом состоянии сингулярности, представляя собой точку, плотность и температура которой стремились к бесконечности.

Правда, последнее представляет собой одну из наиболее больших проблем физики. Ведь с помощью математических формул можно восстановить только то, что было после Большого взрыва, но не во время сингулярности, когда не действовали известные нам законы физики.

Ахмед Фараг Али (Ahmed Farag Ali) из Университета Бенха в Египте (Benha University) и Саурия Дас (Saurya Das) из Университета Летбриджа в Канаде (University of Lethbridge) предлагают новую модель развития Вселенной, которая решает проблему сингулярности.

Их работа построена на идеях известного физика Дэвида Бома, который в 1950-х годах изучал замену классических геодезических траекторий (кратчайших расстояний, соединяющих две точки на искривлённой поверхности) на квантовые.

Али и Дас применили боумовские траектории к уравнению, которое 60 лет назад вывел их учитель Амал Кумар Райхаудури (Amal Kumar Raychaudhuri). Квантово-скорректированное уравнение в свою очередь внесло исправления в уравнение Фридмана, которое описывает расширение Вселенной и Большой взрыв.

Полученная модель объединила в себе Общую теорию относительности и Квантовую теорию. Она не только отрицает сингулярность, предшествовавшую Большому взрыву, но и не допускает распространённое предположение, согласно которому Вселенная со временем сожмётся обратно в первоначальное состояние.

Это стало возможным из-за принципиальной разницы между классическими геодезическими и квантовыми траекториями. Если геодезические траектории в конечном итоге пересекаются в точке, которая и является сингулярностью, квантовые никогда не сходятся друг с другом, а потому и сингулярность не появляется в уравнениях.

По сути, квантовые поправки могут рассматриваться, как космологический член (не требующий существования тёмной энергии) и как излучательный член. Эти члены позволяют Вселенной всё время сохранять свой конечный размер, а значит, существовать бесконечно. Учёные утверждают, что их выводы соотносятся с последними результатами измерения плотности Вселенной.

В физическом выражении модель описывает Вселенную, наполненную гипотетической квантовой жидкостью, которая состоит из гравитонов — безмассовых частиц, которые обеспечивают гравитационное взаимодействие без электрических зарядов. Если такие частицы действительно существуют, они играют ключевую роль в принципе квантовой гравитации.

Новая модель показывает, что гравитоны могут образовывать теоретически предсказанный конденсат Бозе-Эйнштейна — агрегатное состояние вещества, в котором квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне.

"Удивительно, что небольшие поправки потенциально могут решить так много вопросов", — говорит Дас.

Подробнее с результатами данного исследования можно ознакомиться в статье, опубликованной в издании Physics Letters B.

Добавим, что другие физики выдвигали предположение, будто Вселенная появилась из-за гигантской чёрной дыры (впрочем, и их существование опровергается отдельными математиками).