Ar gali Didysis sprogimas būti paaiškintas antimedžiagos virtimu medžiaga?

Sakykime, tam tikru momentu Visata nustojo plėstis ir pradėjo trauktis į save pačią ir galiausiai pavirsta į supermasyvią juodąją skylę. Juodosios skylės didžiulė masė sukuria labai stiprų gravitacinį lauką. Gravitacinis laukas paverčia virtualias dalelių ir antidalelių poras, atsirandančias aplinkiniame kvantiniame vakuume, į realias dalelių ir antidalelių poras. Jei juodoji skylė yra sudaryta iš medžiagos (antimedžiagos), tai ji gali staigiai išstumti milijardus antidalelių (dalelių) į išorinę erdvę per sekundės dalis. Šis išmetimas atrodytų panašus į Didįjį sprogimą.

Fizikas Draganas Slavkovas Hajdukovičius (Dragan Slavkov Hajdukovic), dirbantis CERN, Ženevoje, pasakė, kad jis neįsivaizduoja ar toks įvykių scenarijus tikrai buvo prieš 13,7 milijardus metų. Savo naujajame darbe, kuris buvo atspausdintas „Astrophysics and Space Science“ žurnale, jis aprašo mechanizmus, kurie gali paversti medžiagą antimedžiaga ir atvirkščiai. Toks virtimas sudarytų sąlygas Visatai cikliškai pulsuoti. Įdomiausia, kad, jei vieno ciklo metu vyrautų medžiaga, tai kito ciklo metu vyrautų antimedžiaga. Tokiu būdu, kai iš medžiagos sudaryta Visata susitraukia, gimsta iš antimedžiagos sudaryta Visata. Tokie ciklai tęstųsi be galo.

Ciklinės Visatos idėja nėra nauja. Hajdukovičius savo straipsnyje pamini, kad 1922 metais kosmologas Aleksandras Fridmanas (Alexander Friedmann) pastebėjo, kad Einšteino bendroji reliatyvumo teorija dera aiškinant ciklinį Visatos modelį. Neseniai cikliniai Visatos modeliai buvo praplėsti įvairiomis teorijomis. Tačiau, skirtingai nuo Hajdukovičiaus varianto, visuose juose ciklai vyksta su medžiaga. Hajdukovičius aiškina, kad jis nesiūlo naujo ciklinio Visatos modelio, bet tik paprastą mechanizmą, kuris, iš principo, reiškia parėjimą nuo iš medžiagos sudarytos Visatos į iš antimedžiagos sudarytą Visatą ir atvirkščiai.

Visų pirma pasiūlytas mechanizmas turi leisti susidaryti dalelių ir antidalelių poroms vakuume. Nors kvantiniame vakuume nėra dalelių, čia egzistuoja trumpai gyvuojančios virtualių dalelių ir antidalelių poros, kurios pasirodo ir greitai dingsta, nepažeisdamos neapibrėžtumo principo. Aiškindamas, kaip šios virtualių dalelių ir antidalelių poros gali tapti tikromis dalelėmis, Hajdukovičius pasiremia Švingerio (Schwinger) mechanizmu. Švingerio mechanizmas teigia, kad elektrinis laukas, kuris yra stipresnis už tam tikrą kritinę vertę, gali sukurti elektronų ir pozitronų poras kvantiniame vakuume. Jis pasiūlė gravitacinį Švingerio mechanizmo variantą, tai yra gravitacija gali sukurti tikras turinčias krūvį bei neutralias dalelių ir antidalelių poras iš virtualių dalelių.

Pasiūlytame ciklinės Visatos modelyje remiamasi hipoteze, kad medžiaga ir antimedžiaga viena kitą stumia. Ši stūma gali būti gravitacinės arba ne gravitacinės prigimties. Hajdukovičius įsivaizduoja, kad medžiagos ir antimedžiagos stūma egzistuoja tik santykinai nedideliais atstumais. Pavyzdžiui, viduje juodosios skylės įvykių horizonto arba kai atstumai yra mažesni už Švarcšildo (Schwarzschild) spindulį. Tuojau, kai tik gravitacinis Švingerio mechanizmas sukuria dalelių ir antidalelių poras, egzistuojanti stūmos jėga išmeta iš juodosios skylės jai priešiškas daleles. Galiausiai visa medžiaga virsta antimedžiaga (ir atvirkščiai) per labai trumpą laiką, kuris priklauso nuo juodosios skylės dydžio.

Hajdukovičiaus atlikti skaičiavimai rodo, kad iki 10¹²⁸ kilogramų medžiagos gali virsti antimedžiaga per vieną sekundę. Tai keliomis eilėmis daugiau nei visa Visatos masė – 10⁵³ kilogramų. Tiksliau pasakius, visa Visatos medžiaga pavirstų antimedžiaga per Planko laiko dalį.

Toks scenarijus turi daugybę pasekmių. Iš vienos pusės, jis sutrukdytų Visatai susitraukti iki singuliarumo, nes mažiausias dydis būtų apie keturiasdešimt eilių didesnis už Planko ilgį, tai yra kilometrų eilės. Iš kitos pusės, jis paaiškina, kodėl egzistuoja medžiagos ir antimedžiagos asimetrija, tai yra kodėl mūsų Visatoje dominuoja medžiaga, o ne antimedžiaga. Taip yra, nes ankstesnėje Visatoje daugiau buvo antimedžiagos. Sekančioje Visatoje vėl vyraus antimedžiaga.

Hajdukovičiaus nuomone nesvarbu, ar šis scenarijus yra tikslus. Svarbu tirti standartinio kosmologinio modelio alternatyvas, rasti jo trūkumus.

„Žinoma, mūsų geriausios fizikos teorijos (Einšteino bendroji reliatyvumo teorija ir Standartinis dalelių fizikos modelis) negali paaiškinti dalies stebimų astrofizikos ir kosmologijos reiškinių, - pasakė jis. - Šalia visiems gerai suprantamos fizikos, standartinis kosmologinis modelis daro prielaidą, kad egzistuoja paslaptinga tamsioji medžiaga ir tamsioji energija, kurios sudaro daugiau kaip devyniasdešimt penkis procentus Visatos. Šis modelis taip pat teigia, kad egzistuoja du nežinomos kilmės mechanizmai, kurie lemia infliaciją bei medžiagos ir antimedžiagos asimetriją Visatos atsiradimo pradžioje. Vadinasi Standartinis kosmologinis modelis gyvuoja besiremdamas hipotezėmis, o ne žinoma fizika. Tai labai nemaloni situacija. Priešingai, mano darbe yra bandoma suprasti astrofizikinius ir kosmologinius reiškinius žinomos fizikos rėmuose, nebandant manipuliuoti nežinomomis medžiagos ir energijos formomis bei nesuprantamais infliacijos ir medžiagos bei antimedžiagos asimetrijos susidarymo mechanizmais.“

Kituose savo darbuose Hajdukovičius parodo, kad toks Visatos supratimas yra tikrai galimas. Pavyzdžiui, jis aiškina tamsiąją medžiagą kvantinio vakuumo gravitacine poliarizacija. Gauta lygtis dera su stebėjimais ir tam nereikia tamsiosios medžiagos.

Jis pabrėžia, kad jo idėja būtų galima patikrinti stebint gravitacinės stūmos tarp medžiagos ir antimedžiagos ženklus. Svarbiausias bandymas būtų AEGIS eksperimentas, vykdomas CERN. Eksperimente planuojama išmatuoti gravitacinį pagreitį, kurį patiria antivandenilis gravitaciniame Žemės lauke. Kitas teorijos patikrinimas galėtų remtis antineutrinų, ateinančių iš supermasyvių juodųjų skylių, esančių Paukščių tako ir Andromedos galaktikų centruose, matavimais.

„Jei jūs manęs paklaustumėte, koks yra raktas vedantis prie Visatos supratimo, aš pasakyčiau, kad tai yra kvantinis vakuumas su (šiuo metu dar vis hipotetine) gravitacine stūma tarp medžiagos ir antimedžiagos, - paaiškino Haidukovičius. - Vienas paprastas raktas vietoje keturių paslaptingų Standartinės kosmologijos raktų. Mano atsakymas gali būti ir neteisingas. Bet, jei tai tiesa, tai iš esmės pakeistų teorinę fiziką, astrofiziką ir kosmologiją.“