Что если Большой взрыв не начал? Суперкомпьютеры ищут подсказки

1756072309
2025-08-24 21:32:00

Моделируя уравнения Эйнштейна в экстремальных условиях, исследователи могут, наконец, взглянуть на то, что произошло до Большого взрыва. Кредит: Shutterstock

Что, если Большой взрыв не был действительно началом?

Команда космологов использует силу суперкомпьютеров, чтобы протолкнуть пределы уравнений Эйнштейна и исследовать загадки, когда -то считавшись неразрешимыми. Применяя численную теорию относительность – поля, которые могут моделировать экстремальные условия – они надеются раскрыть подсказки о том, что появилось до Большого взрыва, будь то космос является частью цикла возрождений, или даже если наша вселенная однажды столкнулась с другой.

Имитируя неразрешимый: новый путь перед Большим взрывом

Используя численные методы для аппроксимации уравнений гравитации Эйнштейна в экстремальных условиях, исследователи утверждают, что космологи могут наконец -то исследовать вопросы, которые давно не казались недоступными. К ним относятся то, что могло произойти до Большого взрыва, существует ли несколько вселенных, если наша вселенная когда -либо сталкивалась с другой, или проходит ли реальность через повторные циклы расширения и краха.

Уравнения Эйнштейна общей относительности описывают, как гравитация формирует поведение материи и энергии во вселенной. Однако, когда они прослеживаются до самых ранних моментов космоса, они ломаются. На этом этапе уравнения предсказывают сингулярность, состояние бесконечной температуры и плотности, где известные законы физики больше не применяются. В таких условиях космологи не могут полагаться на свои обычные предположения для решения уравнений. Та же проблема возникает при попытке описать другие экстремальные среды, такие как центры черных дыр.

«Вы можете искать вокруг фонаря, но вы не можете выйти далеко за пределы фонаря, где он темный – вы просто не можете решить эти уравнения», – объясняет Лим. «Численная относительность позволяет вам исследовать регионы вдали от лампоста».

Сложные вычислительные методы могут решить космические загадки. Кредит: Габриэль Фицпатрик для FQXI, © FQXI (2025)

За пределами фонаря

Численная относительность была впервые предложена в 1960 -х и 1970 -х годах, чтобы попытаться выяснить, какие виды гравитационных волн (рябь в ткани пространства -времени) будут излучены, если черные дыры будут столкнулись и объединяются. Это экстремальный сценарий, для которого невозможно решить уравнения Эйнштейна с помощью бумаги и только ручки – требуют компьютерного кода и необходимых численных приближений. Его развитие получило новое внимание, когда эксперимент LIGO был предложен в 80 -х годах, хотя проблема была решена только таким образом в 2005 году, что нанесло надежду на то, что этот метод также может быть успешно применен к другим головоломкам.

«Вы можете искать вокруг фонаря, но вы не можете выйти далеко за пределы фонаря, где он темный – вы просто не можете решить эти уравнения. Численная относительность позволяет вам исследовать регионы вдали от лампоста», – говорит Юджин Лим.

Одна давняя головоломка, которой особенно взволнована Лим, – это космическая инфляция, период чрезвычайно быстрой экспансии в ранней вселенной. Первоначально была предложена инфляция, чтобы объяснить, почему вселенная выглядит так, как она делает сегодня, растягивая изначально небольшое пятно, так что вселенная выглядит одинаково на обширном пространстве. «Если у вас нет инфляции, многое разваливается», – объясняет Лим. Но в то время как инфляция помогает объяснить состояние вселенной сегодня, никто не смог объяснить, как или почему у детской вселенной был этот внезапный, недолговечный всплеск роста.

Проблема состоит в том, чтобы исследовать это, используя уравнения Эйнштейна, космологи должны предположить, что вселенная была однородной и изотропной, в первую очередь – что -то, что инфляция должна была объяснить. Если вы вместо этого предположим, что это началось в другом состоянии, то «у вас нет симметрии, чтобы легко записать свои уравнения», – объясняет Лим.

Но численная относительность может помочь нам обойти эту проблему, позволяя радикально разным начальным условиям. Это не простая головоломка для решения, поскольку существует бесконечное количество способов, которыми пространство время могло быть до инфляции. Поэтому LIM надеется использовать численную относительность для проверки прогнозов, исходящих от более фундаментальных теорий, которые генерируют инфляцию, такие как теория струн.

Космические струны, сталкивающиеся вселенные

Есть и другие захватывающие перспективы. Физики могут использовать численную относительность, чтобы попытаться выяснить, какие гравитационные волны могут быть генерированы гипотетическими объектами, называемыми космическими струнами – тонкими, тонкими «шрамами» в пространстве, в результате чего помогают подтвердить их существование. Они также могут быть в состоянии предсказать подписи или «синяки» на небе из нашей вселенной столкнувшись с соседними вселенными (Если они даже существуют), что может помочь нам проверить теорию мультивсеров.

Увлекательно, численная относительность также может помочь выяснить, была ли вселенная до Большого взрыва. Возможно, космос циклический и подвергается «отскокам» от старых вселенных в новые, испытывая повторные перерождения, большие взрывы и большие хрусты. Это очень сложная проблема для решения аналитической точки зрения. «Подпрыгивающие вселенные являются отличным примером, потому что они достигают сильной гравитации, когда вы не можете полагаться на свои симметрии», – говорит Лим. «Несколько групп уже работают над ними – раньше никто не был».

Численное моделирование относительности настолько сложное, что требуют, чтобы суперкомпьютеры работали. Поскольку технология этих машин улучшается, мы можем ожидать значительного улучшения в нашем понимании вселенной. Лим надеется, что новая статья команды, в которой изложены методы и преимущества численной относительности, в конечном итоге может помочь исследователям в разных областях до скорости.

«Мы надеемся на самом деле разработать это совпадение между космологией и численной относительностью, чтобы численные релятивисты, которые заинтересованы в использовании своих методов для изучения космологических проблем, могли это сделать, – говорит Лим, добавляя, – и космологи, которые заинтересованы в решении некоторых вопросов, которые они не могут решить, могут использовать чискую силу».

Ссылка: «Космология с использованием численной относительности» Джосу С. Ауррекоэткса, Кэти Клаф и Юджин А. Лим, 23 июня 2025 г. Живые отзывы о относительностиПолем
Два: 10.1007/S41114-025-00058-z

Никогда не пропустите прорыв: Присоединяйтесь к новостному бюллетеню Scitechdaily.

#Что #если #Большой #взрыв #не #начал #Суперкомпьютеры #ищут #подсказки