Съществуването на космическа пауза пренаписва историята на Вселената: какво са открили физиците

Неочакваните епохи на спокойствие предлагат естествено обяснение за тъмната материя и много други неразгадани мистерии на астрономията.

Както е известно, Вселената започва с Големия взрив, чийто процес е следствие от непрекъснатото разширяване на пространството. Сега учените вярват, че Вселената непрекъснато се променя. Група физици от Великобритания, САЩ и Израел предложиха хипотеза, според която в историята на Вселената е имало периоди на застой. Тези периоди на космическа стагнация може да са възникнали по такъв начин, че да заменят цели епохи от традиционната космическа история. Смело предложение пренаписва цялата история на Вселената, пише New Scientist.

Различните епохи на Вселената

Големият взрив е започнал от разширяването на Вселената преди около 13,8 милиарда години. С течение на времето това разширяване е накарало енергията на Вселената да измести разпределението си между различни форми. Днес учените смятат, че историята на космоса е разделена на поредица от епохи, всяка от които доминирана от различна форма на енергия.

Първата е била епохата на инфлация, представляваща период на ускорено разширяване на космоса, който продължава малка част от секундата. Той е доминиран от форма на енергия, присъща на вакуума на пространство-времето, създадена от хипотетична елементарна частица, наречена инфлатон.

След епохата на инфлация идва и ерата на повторното нагряване, по време на която енергията на вакуума се преобразува в материя, която след това се разпада в радиация.

Това води до появата на радиационната ера, когато е имало повече енергия във вид на радиация, като светлинни частици (фотони), отколкото материя. Но с разширяването на Вселената радиацията се разрежда по-бързо от материята, така че ерата на материята започва.

През следващите 10 милиарда години материята еволюира от атоми и молекули до звезди и галактики. Но тъй като Вселената продължава да расте, тя става доминирана от друг вид вакуумна енергия, наречена тъмна енергия, която не се разрежда с разширяването на пространство-времето. Живеем в тази ера на тъмна енергия, в която пространството се разширява все по-бързо и материята непрекъснато се разрежда.

Космическият застой

Но общоприетата мъдрост, че енергията във Вселената се променя непрекъснато, сега се оспорва от група физици. Според тяхната хипотеза, нови епохи на космическа стагнация може да са възникнали през дългите периоди в миналото и може да възникнат отново в бъдеще.

През тези епохи на космическа стагнация количеството енергия във вид на материя, радиация и дори тъмна енергия остава фиксирано, въпреки че Вселената се разширява. Няма един вид енергия, която да доминира в периоди на космически застой. Вместо това между тях съществува своеобразен баланс, смятат физиците.

Но преди да излязат с хипотеза, която да пренапише историята на Вселената, физиците са изследвали възможността за хипотетични частици, наречени аксиони, които биха могли да обяснят тъмната материя, тъмната енергия и други мистерии около космоса.

Именно това изследване, основано на моделиране на историята на космоса, доведе до идеята за съществуването на космически застой. И тези епохи на застой могат да заменят традиционните епохи в историята на Вселената.

Причината за възникването на космическия застой

Физиците смятат, че застоят възниква, защото хипотетичните тежки частици се разпадат на по-леки и през това време освобождават радиация. Както е описано по-горе, докато Вселената се разширява, радиацията се разрежда по-бързо от материята. Но в новата хипотеза дефицитът на радиация се компенсира от появата на нова радиация чрез разпадащите се частици. Всички тези допълнителни частици означават, че материята не се разрежда толкова бързо в сравнение с тъмната енергия, което позволява на Вселената да има баланс.

Според физиците дори е възможно сега да навлизаме или да излизаме от период на застой. Известно е, че енергийният микс на Вселената се е променил в сравнително скорошната история, тъй като в момента доминира тъмната енергия, но преди няколко милиарда години Вселената основно се е състояла от материя. Моделирането показва, че такива промени могат да настъпят в началото или в края на периодите на застой.

Ако напускаме период на застой или ако е възникнал в епохата на доминация на материята, това може да помогне за разрешаването на космологична мистерия, известна като проблема на Хъбъл. Това е малко, но значително несъответствие между измерванията на скоростта на разширяване на Вселената. Учените смятат, че проблемът възниква, защото традиционният модел на Вселената не отчита периодите на засдтой, през които съществуват различни видове енергия.

Физиците също смятат, че ерата на инфлация всъщност може да бъде период на космически застой. За разлика от традиционните модели на инфлация, застоят обяснява как е приключила инфлацията, без да се налага да се правят допълнителни предположения.

Как да потвърдим хипотезата на физиците?

Има няколко начина, по които наблюденията в близко бъдеще могат да открият доказателства за космически застой в различните му форми. Например, това може да стане с помощта на гравитационни вълни, тъй като това колебание на пространство-времето може да е започнало по време на инфлацията — тоест в самото начало на историята на Вселената.

Друга възможност е ранните периоди на космически застой да променят структурата на материята в малки мащаби, тъй като наличието на радиация има тенденция да предотвратява струпването на материята. Това означава, че струпванията на тъмна материя ще бъдат по-малки от предвиденото от стандартния космологичен модел.