Новая теория объясняет плоскую геометрию Вселенной, тёмную энергию и инфляцию через запутанность с анти-двойником

19.03.2025 21:06:00 | iXBT.com

Новая теория бросает вызов классическому представлению о Вселенной, возникшей из бесконечно плотной точки. Вместо сингулярности предлагается сценарий, где наша плоская Вселенная и её зеркальный анти-двойник, время в котором течёт в обратном направлении, рождаются из «ничего» через плавный квантовый процесс. Модель не только избегает парадоксов с бесконечностью, но и даёт ключи к загадкам тёмной энергии, инфляции и асимметрии материи.

Проблема классических теорий, таких как модель Хартла–Хокинга и концепция Виленкина, в их ограниченной предсказательной силе. Первая, описывающая рождение Вселенной из компактной гладкой геометрии, предсказывает слишком мало инфляционных «e-складов» — этапов экспоненциального расширения, необходимых для формирования плоской и однородной структуры космоса. Вторая, основанная на идее квантового туннелирования через потенциальный барьер, хоть и допускает достаточную инфляцию, сталкивается с трудностями при генерации спектра первичных флуктуаций, которые позже превратились в галактики. Обе модели требуют искусственной «подгонки» параметров, чтобы объяснить наблюдаемую плоскость Вселенной (нулевую кривизну, k = 0).

Источник: Unsplash / CC0 Public Domain

Новая работа радикально пересматривает сам подход. В модели стартовой точкой становится евклидов инстантон — фаза, где обычное время заменяется пространственноподобной координатой, а масштаб Вселенной (параметр, определяющий её размер) колеблется по закону косинуса. Это напоминает рождение пузыря: в момент перехода из абстрактного евклидова состояния в привычную Вселенную с динамическим временем космос уже имеет конечный размер, исключая бесконечную плотность. Ключевой прорыв — введение квантового потенциала, который заменяет классическую кривизну пространства. Даже при k = 0 этот потенциал действует как сила, обеспечивая плавный переход между фазами.

Ещё один краеугольный камень теории — принцип «CPT-симметрии», фундаментального закона физики, согласно которому любой процесс остаётся неизменным при одновременной инверсии заряда, пространственных координат и времени. В рамках модели это приводит к рождению пары: нашей Вселенной и её анти-двойника. Если в нашем мире время движется вперёд, а материя доминирует над антиматерией, то в зеркальной Вселенной эти свойства инвертированы. Хотя классически они разделены, они остаются квантово запутанными — их волновые функции связаны даже после перехода в независимые реальности. Эта связь может проявляться в виде тёмной энергии, ответственной за ускоренное расширение Вселенной, или объяснять отсутствие антиматерии в наблюдаемой Вселенной.

Модель успешно решает сразу несколько проблем. Во-первых, отсутствие сингулярности: Вселенная возникает с конечным размером благодаря косинусоидальной динамике инстантона. Во-вторых, естественное объяснение плоской геометрии — вместо подгонки параметров кривизны её роль берёт на себя квантовый потенциал. В-третьих, инфляция длится необходимое для наблюдений время (60–70 e-складов), что недостижимо в рамках подхода Хартла–Хокинга. Наконец, запутанность Вселенных-двойников открывает путь к объяснению тёмной материи: гипотетические частицы, составляющие её, могут быть «отражением» материи анти-вселенной в нашей реальности.

Следующий шаг — поиск наблюдательных подтверждений. Автор работы предполагает, что следы анти-вселенной могут проявляться в аномалиях реликтового излучения, например, в специфических паттернах поляризации или температурных колебаний. Другой вариант — статистика крупномасштабных структур: распределение галактик и скоплений может нести отпечаток квантовых флуктуаций, возникших в момент разделения Вселенных. Теоретически, эффекты квантового потенциала также способны влиять на гравитационные волны ранней Вселенной, оставляя характерные сигналы в будущих экспериментах, таких как космические интерферометры.

Несмотря на смелость концепции, впереди — годы расчётов и проверок. Например, предстоит выяснить, как именно квантовый потенциал взаимодействует с материей в разные эпохи: во время инфляции, формирования первых частиц и позднейшей тёмной эпохи. Не менее важна интеграция модели с теориями квантовой гравитации, такими как петлевая квантовая космология или струнные ландшафты, где пространство-время само возникает из более фундаментальных структур.

Если теория подтвердится, то она закроет не только вопрос о начальной сингулярности, но и приблизит физиков к созданию «теории всего», объединяющей гравитацию и квантовые законы.

Подробнее