Вселената, която трябваше да сме загубили

Ако наблюденията на гравитационните вълни бяха верни, светът би загинал в първата секунда от живота.

Астрофизици от Великобритания разкриха изключително неочаквано следствие от откритието на Хигс бозона и резултатите от работата на колаборацията BICEP2 по търсене на гравитационните вълни.

Според тях Вселената трябва да се взриви на части в първите секунди след Големия взрив поради появата на разрушителните квантови вълни, които трябва да попречат на сцеплението на атомните частици една с друга.

Учените са представили изводите си на годишната среща на Кралското астрономическо общество на Великобритания, която се провежда тази седмица в Портсмут.

„Това теоретично предсказание се явява неприемливо – ако такова нещо се беше случило, нас нямаше да ни има и не би ни се наложило да дискутираме по този проблем.

Напълно е възможно резултатите от наблюденията на BICEP2 да съдържат грешки. Ако не е така, то трябва да съществува още неизвестен ни процес, който пречи на Вселената да се самоунищожи.

Но ако физиците от BICEP2 успеят да докажат истинността на резултатите от наблюденията, може да се говори, че съществува нова физика на частиците, намираща се извън рамките на Стандартния модел“, пояснява Робърт Хогън от Лондонския кралски колеж, представил резултати от моделиране на конференцията.

Той и колегата му Малкълм Файърбърн проверили как двете най-значими космологични открития от последните пет години – откриването на Хигс бозона и гравитационните вълни – се вписват в общоприетата версия за това как е протекъл Големият взрив и как се е разширявала Вселената в първите етапи от своя живот.

Свойствата на Хигс бозона значително ограничават броя на възможните сценарии за формиране на Вселената, независимо че масата и други параметри на „божествената частица“ се вписват в рамките на Стандартния модел на физиката.

Когато Хогън и Файърбърн започнали да проверяват как откритието на Хигс бозона ще се отрази на реалистичността на моделите за раждане на Вселената, физиците, наблюдаващи микровълновото „ехо“ от Големия взрив с телескопа BICEP2 на Южния полюс, обявили за откриването на следи от гравитационните вълни, възникнали в резултат на свръхбързото разширение на Вселената в първите мигове от живота ѝ.

Откритието, по признание на самите учени, било направено неочаквано бързо, а самите гравитационни вълни се оказали доста по-силни от смятаното по-рано.

Хогън и Файърбърн включили новите данни по природата на гравитационните вълни в своите експерименти с теоретичните модели на Големия взрив.

Британските космолози започнали работа с общоприетите сценарии за раждането в Голям взрив. Дори в този случай резултатите от моделирането били плашещи: Вселената, според изчисленията на двамата учени, не би трябвало да просъществува и секунда, разкъсвайки се на части мигове след първото разширение.

Причината за „Големия разрив“, поясняват авторите на доклада, били Хигс бозоните и пораждащото ги поле на Хигс, върху свойствата на което по необичаен начин са се отразили измененията в природата на гравитационните вълни, предложени от физиците на BICEP2.

Усилването на гравитационните вълни довело до това, че енергийният таван на полето на Хигс нараснал рязко и достигнал стойности, опасно близки до така наречената енергия на великото обединение – 10 млрд. петаелектронволта. Частиците на материята не могат да съществуват в среда с такава енергия.

Хогън и Файърбърн поясняват, че този факт не би станал смъртна присъда за Вселената, ако нещата не опираха до полето и Хигс бозоните. Полето на Хигс става нестабилно при енергии, превишаващи 10 млрд. гигаелектронволта и би подложено на „пързаляне“ в опасния енергиен минимум, при който дори вакуумът ще бъде нестабилен.

В резултат на това в него ще възникват силни квантови флуктуации, непозволяващи на частиците на бъдещата материя да придобият маса на покой, за съществуването на която и отговаря „божествената частица“. Благодарение на това животът на Вселената ще завърши във вид на „Голям разрив“ или ще премине в безкраен цикъл на взривове и разриви.

Най-простото и очевидно обяснение защо това не се е случило е, че резултатите на колаборацията BICEP2 са грешни. Това твърдение в последните седмици се сдоби с множество привърженици, но авторите на доклада все пак допускат, че изчисленията на BICEP2 може да са верни. В статия, публикувана в сп. Physical Review Letters, те издигат два възможни пътя на предотвратяване на смъртта на Вселената.

В първия случай Вселената може да бъде спасена от прякото влияние на нейното разширяване върху физическите свойства на полето на Хигс. С други думи, масата на Хигс бозона и други параметри на полето мигове след раждането на Вселената са били различни от сегашните.

По втория сценарий светът може да оцелее благодарение на отделеното по време на разширението голямо количество топлина – това би забавило самия процес и би намалило шансовете за възникването на „Голям разрив“.

Както отбелязват Хогън и Файърбърн, и в единия, и в другия случай за обяснението на раждането на Вселената учените трябва да разработят нова физика на елементарните частици.

По-скоро подобни екзотични обяснения на данните от BICEP2 и нова физика няма да са необходими. На 19 юни антарктическата колаборация в писмо, публикувано във Physical Review Letters, призна, че получените данни може да са били изкривени в резултат на въздействието на космическия прах върху гравитационните вълни.

Учените знаели за съществуването на този фактор и се опитали да го отчетат в сметките си, но както смятат някои други физици, базирането на предварителните данни от космическия телескоп „Планк“ е било недостатъчно.

Независимо от това признание ръководителят на BICEP2 Джон Ковач от Харвард-Смитсъниънския център по астрофизика и колегите му продължават да настояват, че телескопът може да е уловил истински гравитационни вълни. Физиците обещават да препроверят всички модели на разпределянето на праха по галактиката и да публикуват „неопровержими“ доказателства за своята правота в най-скоро време.

Интересът към този научен конфликт наскоро беше подгрят от обещанията на френски учени да публикуват в сп. Nature пълна карта на праха в тази част на Млечния път, която изучавали Ковач и колегите му.

Ако изследователите не се съгласят с тази карта, финалната точка в тази история ще бъде поставена от Европейската космическа агенция – през октомври 2014 година тя трябва да представи пълните резултати от наблюденията на телескопа „Планк“.