Международная группа учёных разработала новый подход к изучению ранних этапов существования Вселенной, который может пролить свет на загадку того, что происходило до Большого взрыва. Используя методы численной относительности — сложные компьютерные симуляции, решающие уравнения Эйнштейна в экстремальных условиях, — исследователи надеются заглянуть в эпоху, предшествующую рождению нашей Вселенной. Работа опубликована в журнале Living Reviews in Relativity (LRR) 24 августа 2025 года.

Новый подход к старой загадке

Вопрос о том, что было до Большого взрыва, остаётся одной из величайших тайн космологии. Традиционные модели предполагают, что Вселенная началась около 13,8 миллиарда лет назад с сингулярности — точки бесконечной плотности. Однако классические методы решения уравнений общей теории относительности Эйнштейна часто упрощают картину, предполагая однородность и изотропность ранней Вселенной. Это помогает в расчётах, но не отражает возможную сложность реальных событий.

«Вы можете искать решения „под фонарём“, но за его пределами — в темноте — уравнения просто не поддаются классическим методам. Численная относительность дает возможность заглянуть туда, куда прежде не удавалось», — пояснил соавтор статьи Юджин Лим из Королевского колледжа Лондона.

Численная относительность позволяет моделировать сложные сценарии, отказываясь от упрощений. Учёные используют мощные компьютеры для симуляции гравитационных и космологических процессов в условиях, близких к моменту Большого взрыва, включая неоднородности и анизотропию.

Что можно смоделировать?

Новый подход открывает возможности для изучения нескольких гипотез:

  • Космическая инфляция: Период сверхбыстрого расширения Вселенной в первые доли секунды после Большого взрыва. Симуляции помогут понять, как неоднородности повлияли на этот процесс.
  • Космические струны: Гипотетические одномерные дефекты пространства-времени, которые могли сформироваться в ранней Вселенной.
  • Мультивселенная: Столкновения нашей Вселенной с другими в рамках гипотезы мультивселенной.
  • Циклические модели: Теории, предполагающие, что Вселенная переживает череду «больших взрывов» и «схлопываний».

Эти симуляции могут показать, существовала ли Вселенная в какой-либо форме до Большого взрыва, или подтвердить циклическую модель, где наша Вселенная — лишь одна из множества в бесконечной последовательности.

Успехи численной относительности

Метод численной относительности уже доказал свою эффективность. Например, он позволил предсказать сигналы гравитационных волн от слияния чёрных дыр, что стало основой для эксперимента LIGO, впервые зарегистрировавшего такие волны в 2015 году. Теперь учёные надеются применить этот подход к космологии, чтобы ответить на фундаментальные вопросы о происхождении Вселенной.

«Ранее численная относительность успешно применялась для предсказания сигналов гравитационных волн от слияния черных дыр — это помогло подготовить эксперимент LIGO. Теперь исследователи надеются, что тот же подход откроет путь к пониманию того, существовала ли Вселенная до Большого взрыва», — отмечается в исследовании.

Почему это важно?

Большой взрыв считается началом пространства и времени, но гипотезы о том, что предшествовало этому событию, остаются спекулятивными. Некоторые теории предполагают существование «предвселенной» или квантового состояния, из которого возник наш мир. Численные симуляции позволяют тестировать такие идеи, моделируя экстремальные условия, недоступные для наблюдений.

Если метод докажет свою эффективность, он может:

  • Подтвердить или опровергнуть циклические модели Вселенной.
  • Выявить следы космических струн или других экзотических объектов.
  • Дать подсказки о природе мультивселенной.

Вкратце…

Учёные предложили революционный подход к изучению того, что было до Большого взрыва, с помощью численной относительности. Компьютерные симуляции, решающие уравнения Эйнштейна без упрощений, позволяют моделировать сложные сценарии ранней Вселенной, включая инфляцию, космические струны и мультивселенную. Исследование, опубликованное в Living Reviews in Relativity, опирается на успехи метода в предсказании гравитационных волн и открывает путь к пониманию происхождения нашей Вселенной. Этот подход может стать ключом к разгадке одной из величайших космологических тайн.