Может, взрыва и не было: симуляции раскрывают альтернативный сценарий рождения мира

Вопрос о том, что было до рождения Вселенной, всегда вызывал оживлённые споры. Стандартная космология, основанная на уравнениях Эйнштейна, упирается в сингулярность - состояние, где плотность и температура становятся бесконечными. Но современная численная теория относительности открывает новые возможности для ответа на этот вопрос.

Что такое численная относительность

Уравнения Эйнштейна описывают, как материя и энергия искривляют пространство-время. Проблема в том, что эти уравнения чрезвычайно сложны, и в большинстве случаев — например, при столкновении чёрных дыр — аналитическое решение невозможно.

Физики используют другой метод:

• пространство и время делят на сетку;
• в каждую ячейку закладывают уравнения;
• суперкомпьютеры пошагово рассчитывают эволюцию системы.

Так появились первые точные модели гравитационных волн, которые в 2015 году подтвердил детектор LIGO.

Зачем моделировать раннюю Вселенную

В космологии численная относительность позволяет отказаться от упрощённых предположений о "гладкой" Вселенной. Учёные могут смоделировать:

• хаотичные неоднородности;
• сильные гравитационные поля;
• даже образование чёрных дыр в первые мгновения после Большого взрыва.

Это помогает проверить ключевые гипотезы — например, действительно ли существовала космическая инфляция, как долго она продолжалась и насколько результат зависит от формы полей, а не от симметрии.

Космическая инфляция под микроскопом

Инфляционная теория объясняет, почему космос выглядит одинаковым во всех направлениях. Но большинство её моделей предполагают изначальную гладкость, которую сама инфляция должна создать. Численные расчёты позволяют начинать с "реального хаоса" и смотреть, способна ли инфляция всё равно выровнять Вселенную.

Это честная проверка: возможны сценарии, где инфляция не запускается или развивается иначе, чем считалось.

За пределами привычной Вселенной

Численная относительность помогает изучать не только наше пространство:

• космические струны - гипотетические дефекты, способные излучать гравитационные волны;
• мультивселенную - столкновения пузырей пространства с разной энергией вакуума, которые могли оставить следы в космическом микроволновом фоне.

Сегодня модели позволяют переводить эти идеи в прогнозы, которые можно проверять наблюдениями.

Технические вызовы

Учёные сталкиваются с целым набором проблем:

• поиск устойчивых граничных условий для расширяющихся вселенных;
• разработка координатных систем, которые не "рушатся" при коллапсе областей;
• создание общих инструментов для согласованных расчётов между разными группами.

Мощность суперкомпьютеров — не единственный фактор. Важны новые формулировки, тесты на сходимость и точные методы диагностики.

Что было до Большого взрыва

Полностью релятивистские модели дают возможность "заглянуть" за пределы привычной картины. Варианты, которые рассматривают исследователи:

• сингулярность может быть не точкой, а осциллирующим состоянием;
• новая физика может превратить "конец" в космический отскок;
• взаимодействие материи и кривизны пространства может породить сложные сценарии, где прошлое Вселенной не исчезает в математической бесконечности.

Современная численная относительность превращает абстрактные уравнения Эйнштейна в инструмент проверки гипотез о первых долях секунды существования мира. Сегодня мы впервые подходим к ситуации, когда вопрос "что было до Большого взрыва?" перестаёт быть исключительно философским и становится частью проверяемой науки.

Уточнения

Большо́й взрыв - это физическая теория, описывающая, как Вселенная расширялась из начального состояния высокой плотности и температуры.