Международная группа физиков под руководством Вэнь-Цунь Ганя из Педагогического университета Цзянси (Китай) опубликовала исследование. В этой работе модифицированная версия петлевой квантовой космологии (mLQC-I) показывает, как анизотропии подавляются сразу после квантового отскока, приводя Вселенную к однородному расширению.
Ученые давно искали механизм, который естественным образом устраняет неоднородности в ранней Вселенной. Новая работа предлагает неожиданное решение, встроенное в саму квантовую структуру пространства-времени.
Главные мысли за 1 минуту
- В модели mLQC-I после квантового отскока показатель анизотропии экспоненциально уменьшается независимо от типа материи.
- Эффект универсален: скорость сглаживания практически одинакова для барионной материи, излучения и других квантовых полей.
- Численное моделирование для нескольких сценариев показало, что в mLQC-I анизотропии исчезают в квантовом режиме, в отличие от стандартной петлевой квантовой космологии (ПКК).
- Результаты позволяют отказаться от введения дополнительных процессов для подавления неоднородностей в моделях ранней Вселенной.
- Работа пока остается теоретической, но уже вызвала дискуссию в научном сообществе.
Проблема анизотропии в петлевой квантовой космологии
Стандартные модели, основанные на петлевой квантовой космологии (ПКК), заменяют классическую сингулярность Большого взрыва так называемым квантовым отскоком — переходом от сжатия к расширению без достижения бесконечной плотности.
Однако во время фазы сжатия Вселенная может становиться менее однородной: пространство расширяется и сжимается с разной скоростью в разных направлениях. Возникающие анизотропии способны нарушить дальнейшую эволюцию космоса, что противоречит наблюдаемой сегодня изотропии и однородности. Именно по этой причине ученые ищут механизм, который подавляет такие отклонения без искусственных допущений.
Модель mLQC-I и естественный механизм сглаживания
Международная исследовательская группа изучила модифицированную версию ПКК — модель mLQC-I. Она иначе учитывает квантовые свойства пространства-времени, что меняет поведение Вселенной вблизи квантового отскока.
Для расчетов применили модель анизотропной Вселенной Бианки I (Bianchi I), в которой пространство может расширяться неодинаково в разных направлениях. Этот подход позволил проследить, как квантовые эффекты подавляют такие различия.
Расчеты показали, что сразу после квантового отскока показатель анизотропии начинает экспоненциально уменьшаться. Эффект практически не зависит от того, каким веществом заполнена Вселенная — обычной (барионной) материей, излучением или другими формами материи и квантовыми полями, рассматриваемыми в космологических моделях.
По сути, сама квантовая геометрия действует как естественный механизм «сглаживания», быстро приводя расширение к одинаковому темпу во всех направлениях.
Что показали численные расчеты
Чтобы проверить результаты, ученые применили численное моделирование для нескольких различных сценариев. Во всех случаях Вселенная сначала проходила через квантовый отскок, затем быстро переходила к расширению.
В отличие от стандартной ПКК, где анизотропии сохраняются, в mLQC-I они стремительно исчезали уже в квантовом режиме. Скорость этого процесса оказалась практически одинаковой вне зависимости от выбранных начальных условий и типа материи. Это указывает на универсальный характер эффекта.
Значение результатов и перспективы
Предложенный механизм может избавить космологические модели от необходимости вводить дополнительные процессы для подавления анизотропий. Если выводы подтвердятся, модифицированная ПКК станет одним из наиболее перспективных описаний юного космоса.
Эта модель объясняет, почему после экстремальных условий первых мгновений космос приобрел наблюдаемую сегодня однородность и изотропность. Научная работа остается теоретической и пока не имеет прямого подтверждения, однако дискуссию в научном сообществе она уже вызвала.