Преди около 13,8 милиарда години целият космос е бил малка, гореща и плътна топка енергия, която внезапно е избухнала. Така е започнала Вселената според теорията за Големия взрив, формулирана за първи път през 20-те години на миналия век. През 80-те години на 20-и век тази теория е допълнена с хипотезата за инфлацията, според която в първите моменти от съществуването си Вселената е преживяла кратък период на изключително бързо разширяване.
Инфлацията обяснява защо Вселената изглежда толкова гладка и хомогенна в големи мащаби, но ако инфлацията е причина за всичко, което виждаме днес, възниква въпросът: „Какво е имало преди това?“
Засега няма експерименти, които да наблюдават събития преди инфлацията. Въпреки това математиците могат да конструират възможни сценарии, като приложат общата теория на относителността на Айнщайн към най-ранните моменти във времето.
Изследователите Гязал Гешниджани от Института „Периметър“, Ерик Линг от Университета в Копенхаген и Джером Куентин от Университета във Ватерлоо наскоро публикуваха статия в Journal of High Energy Physics. Те показаха, че е възможно да се погледне отвъд нашата Вселена.
Основният въпрос, който Гешниджани, Линг и Куентин изследваха е дали има момент преди инфлацията, в който законите на гравитацията спират да действат поради сингулярност.
Сингулярността е точка в пространство-времето, в която математическите описания стават безсмислени. Например функцията 1/x става безкрайна, когато x клони към нула.
Понякога особеностите могат да бъдат заобиколени. Например хоризонтите на събитията на черните дупки се смятаха за физическа сингулярност, но после се оказа, че това е само математическа сингулярност, свързана с избора на координати. В центъра на черната дупка обаче плътността и кривината стават безкрайни, което не може да се елиминира чрез промяна на координатите.
Изследователите проучиха дали началото на Големия взрив е физическа сингулярност като центъра на черна дупка или е само математическа сингулярност.
Работата им се основава на теорема, доказана през 2003 г. от Арвинд Борде, Алън Гът и Александър Виленкин, според която инфлацията трябва да има начало. Използвайки параметър, наречен фактор на мащаба, който описва промяната в разстоянията между обектите при разширяването на Вселената, изследователите класифицират възможните сценарии преди инфлацията.
Те показаха, че при определени условия сингулярността наистина е кривина, докато в други случаи тя може да бъде избегната. Изследването потвърждава, че ако количеството на материята във Вселената е малко в сравнение с количеството на тъмната енергия, сингулярността може да бъде елиминирана. В този случай светлината може да премине през границата и историята на Вселената може да се разшири отвъд Големия взрив.
Ако обаче в ранната Вселена е имало повече материя, сингулярността се оказва физическа кривина, в която законите на гравитацията престават да действат.
Сингулярността показва, че общата теория на относителността не е пълно описание на основните закони на физиката. Продължават да се правят опити за създаване на теория, която да обединява общата теория на относителността с квантовата механика. Новата работа е стъпка към такава теория, която позволява по-добро разбиране на Вселената на най-високите енергийни нива.
