Огромен брой доказателства подкрепят съществуването на Големия взрив. Въпреки това ние все още не можем да опишем какво всъщност се случва по време на това събитие. Дори не можем да го наречем момент, защото времето - такова, каквото го познаваме, не съществува. Нашата наука престава да има смисъл частица от секундата след началото. Уравненията просто се разпадат. Но какво би станало, ако има начин да ги изтласкаме не само до техните граници, но и отвъд тях? Именно това се опитват да направят изследователите.
Екип от Института за фундаментални въпроси (Foundational Questions Institute) използва сложни компютърни симулации, за да решава уравненията на Айнщайн числено. Този метод често се използва за уравнения и проблеми, които нямат обобщено аналитично решение, като например прочутия проблем за трите тела. Макар че относителността има точни решения в множество среди и ситуации, тя се разпада при екстремни условия. Затова числените методи може да са ключовият инструмент, който ще позволи да стигнем отвъд границите, с които науката в момента се бори.
Числената релативност е разработена през 60-те и 70-те години, за да отговори на въпроса как се сливат черни дупки и, в частност, как се излъчват гравитационни вълни. Въпреки че относителността предсказва съществуването на гравитационни вълни, тяхната форма не може да бъде изведена само с писалка и хартия, независимо колко добре познаваме уравненията на Айнщайн.
Изминаха десет години от първото откриване на гравитационни вълни, което показа, че този подход към относителността може успешно да предсказва резултати, дори когато не можем да решим уравненията точно. Защо тогава същият метод да не се приложи и към други проблеми?
„Най-много ме вълнува възможността да използваме числената релативност, за да изследваме как е започнал Големият взрив и как тя може да помогне за решаването на някои дългогодишни проблеми в струнните теории“, казва пред IFLScience съавторът професор Юджийн Лим от King’s College London.
Работата, финансирана почти изцяло от британските изследователски съвети и фондация Leverhulme Trust, е насочена към Големия взрив и периода, известен като Космическа инфлация — кратък момент след началото на Вселената, когато целият космос се разширява с невероятна скорост.
Съществуването на този инфлационен период е необходимо, за да се обясни защо Вселената изглежда приблизително еднаква във всички посоки. Без него много елементи в нашето разбиране за космоса не биха се задържали. Проблемът е, че не знаем какво е предизвикало тази инфлация. Именно тук се включва числената релативност.
„[З]ащото самата инфлация не е пълна теория, а теория, която трябва да бъде извлечена от нещо по-фундаментално (в технически план наричаме инфлацията „ефективна теория“)“, обяснява Лим пред IFLScience.
Този подход има потенциал — и в случая с гравитационните вълни той вече даде резултат. Числените решения на космическата инфлация могат да разкрият условия или изисквания, които да подсказват полета, взаимодействия или свойства, излизащи отвъд очакваните рамки на нашата Вселена. Няколко теории, като цикличната вселена (Голямото отскачане – Big Bounce) и различни хипотези за мултивселената, се простират отвъд пространство-времето на нашата Вселена. Ако тези хипотези са верни, доказателства може да се появят именно в тези числени решения.
С други думи, числената релативност не е лесна задача. Ако беше, досега щяхме да сме я използвали за всичко. Но пробивите в изчислителната мощ позволяват на суперкомпютрите да се справят, и работата по тези проблеми вече върви с пълна пара.
Проучването е публикувано в списанието Living Reviews in Relativity.
