Czy Wielki Wybuch był naprawdę początkiem wszystkiego? Przez dekady fizycy uważali go za punkt startowy czasu, przestrzeni i materii. Jednak coraz więcej badań sugeruje, że to może być tylko jeden z rozdziałów w znacznie dłuższej, cyklicznej historii kosmicznej. Najnowsza teoria, opublikowana na łamach Physical Review D, przedstawia rewolucyjną wizję pochodzenia naszego wszechświata – jako „dziecka” czarnej dziury.
Tradycyjny model Wielkiego Wybuchu zakłada, że wszechświat rozpoczął się od osobliwości – punktu o nieskończonej gęstości, w którym załamują się znane prawa fizyki. Następnie miał miejsce krótki okres tzw. inflacji, czyli błyskawicznego rozszerzenia przestrzeni, napędzanego przez tajemnicze, nigdy bezpośrednio niezaobserwowane pole. Dalszy rozwój wszechświata miał być kształtowany przez działanie ciemnej materii i ciemnej energii. Choć model wyjaśnia wiele obserwowanych zjawisk, pozostawia kluczowe pytania bez odpowiedzi – zwłaszcza to fundamentalne: co było przed Wielkim Wybuchem?
Stworzona w odpowiedzi na to pytanie nowa teoria sugeruje, że Wielki Wybuch nie był początkiem, lecz skutkiem czegoś wcześniejszego – ogromnego kolapsu grawitacyjnego, który doprowadził do powstania czarnej dziury. To wewnątrz niej mógł „zrodzić się” nasz wszechświat.
Nowy model odwraca klasyczną perspektywę: zamiast zaczynać od ekspansji i śledzić ją wstecz, zaczyna od kolapsu, czyli procesu grawitacyjnego zapadania się. Opiera się na dobrze znanym procesie, który zwykle prowadzi do powstania czarnych dziur. O ile fizyka dobrze opisuje zewnętrzne właściwości tych obiektów, to ich wnętrze – ukryte za horyzontem zdarzeń – wciąż pozostaje tajemnicą.
Już w latach 60. Roger Penrose, a później Stephen Hawking, udowodnili matematycznie, że w wielu przypadkach kolaps materii prowadzi nieuchronnie do osobliwości. Te twierdzenia były jednak oparte na fizyce klasycznej. Nowa teoria dodaje do tego obrazu mechanikę kwantową – i tu pojawia się istotna zmiana.
Fizycy zauważyli, że efekty kwantowe – w szczególności zasada wykluczenia Pauliego (zabraniająca dwóm identycznym fermionom zajmowania tego samego stanu kwantowego) – mogą zapobiec powstaniu osobliwości. Zamiast zakończyć się w nieskończenie małym punkcie, kolaps może ulec zatrzymaniu, a materia może się od tego punktu „odbić”. To odbicie prowadzi do nowej ekspansji – czyli dokładnie tego, co obserwujemy w naszym Wszechświecie.
Co ważne, ten scenariusz nie wymaga spekulatywnej fizyki ani hipotetycznych pól – opiera się na znanych prawach kwantowej mechaniki fermionów i sprawdzonych równaniach grawitacji.
Po odbiciu, według obliczeń, wszechświat przechodzi przez dwie fazy przyspieszonego rozszerzania – przypominające znaną z obserwacji inflację i późniejsze działanie ciemnej energii. Co istotne, nie są one sztucznie wprowadzone do modelu – wyłaniają się z samej dynamiki odbicia. Model przewiduje też niewielką dodatnią krzywiznę przestrzeni – zamiast idealnej płaskości. Takie zakrzywienie może wykryć m.in. kosmiczny teleskop Euclid należący do Europejskiej Agencji Kosmicznej.
Teoria „wszechświata czarnej dziury” daje konkretne prognozy, które mogą zostać sprawdzone w trakcie przyszłych kampanii obserwacyjnych. Mówi m.in. o subtelnej krzywiźnie przestrzeni, możliwych reliktach z ery sprzed odbicia oraz szczególnych strukturach w halo galaktyk. Przyszłe instrumenty, takie jak kosmiczne obserwatorium Arrakhis, będą mogły dostarczyć dowodów potwierdzających lub obalających ten model.
Jedną z najbardziej intrygujących konsekwencji nowej teorii jest zmiana naszego postrzegania naszego miejsca we Wszechświecie. Jeśli naprawdę żyjemy wewnątrz czarnej dziury powstałej w innym, większym wszechświecie, to nasze „kosmiczne znaczenie” staje się mniejsze niż dotychczas sądzono.