Одной из самых глубоких загадок космологии является вопрос о том, почему мы вообще существуем. Согласно стандартной модели физики, Большой взрыв должен был породить равное количество материи и антиматерии. Поскольку эти два вещества аннигилируют при контакте друг с другом, идеально сбалансированная Вселенная превратилась бы в чистую энергию, оставив после себя лишь пустоту, лишенную звезд, планет и жизни.
Однако наша Вселенная состоит преимущественно из материи. Новые исследования предполагают, что «пропавшую» антиматерию могла поглотить серия мощных взрывов крошечных древних черных дыр.
Загадка космической асимметрии
Чтобы понять значимость этой теории, необходимо разобраться в «проблеме аннигиляции». В симметричной Вселенной у каждой частицы материи должна быть соответствующая ей античастица. При их встрече они исчезают, превращаясь в энергию. Чтобы материя смогла доминировать, должен был существовать какой-то механизм — своего рода «перекос» на весах, — который позволил бы материи выжить в большем количестве, чем антиматерии.
Физик Александра Клипфель недавно представила убедительную гипотезу на Глобальном саммите по физике Американского физического общества: именно первичные черные дыры могли обеспечить этот перекос.
Как крошечные черные дыры могли «перевесить чашу весов»
В отличие от сверхмассивных черных дыр, находящихся в центрах галактик, эти гипотетические первичные черные дыры должны были сформироваться из колебаний плотности сразу после Большого взрыва.
Предлагаемый механизм работает следующим образом:
- Формирование: Эти крошечные черные дыры, каждая массой примерно с небольшой автомобиль (около 1000 кг), образовались внутри кварк-глюонной плазмы — сверхгорячего и плотного «супа», существовавшего еще до появления протонов и нейтронов.
- Испарение: Благодаря процессу, известному как излучение Хокинга, эти черные дыры постепенно теряли массу, излучая энергию в окружающую среду.
- Взрыв: Всего через одну десятую миллиардной доли секунды после Большого взрыва эти черные дыры должны были полностью испариться в результате мощных взрывов, посылая массивные ударные волны сквозь кварк-глюонную плазму.
Роль ударных волн и механизм Хиггса
Ключ к этой теории заключается в «резкости» ударных волн, создаваемых этими взрывами. В плавной, однородной Вселенной процессы материи и антиматерии оставались бы в равновесии, взаимно уничтожая друг друга. Однако ударная волна создает внезапную, резкую границу между двумя различными средами.
- Внутри ударной волны: Температура была бы настолько экстремальной, что частицы не имели бы массы, так как механизм Хиггса (процесс, наделяющий частицы массой через бозон Хиггса) не может функционировать при таких сверхвысоких температурах.
- Снаружи ударной волны: Температура была бы ниже, что позволило бы частицам обрести массу.
Когда частицы пересекали эту границу, внезапное изменение их физических свойств — в частности, массы — могло запустить процесс, благоприятствующий производству или выживанию материи в ущерб антиматерии. По мере расширения ударной волны этот избыток материи «закреплялся», со временем становясь строительным материалом космоса.
Скрытая история
Эта теория предлагает потенциальный способ изучить явление, которое иначе осталось бы невидимым. Как отмечает физик-теоретик Люсьен Эртие, первичные черные дыры невероятно трудно обнаружить, потому что они давно исчезли; они жили и погибли в самые первые мгновения существования времени.
Если эта гипотеза верна, то существование нашего материального мира — это не космическая случайность, а результат масштабной, скоординированной серии «фейерверков», произошедших на самом рассвете времен.
Если первичные черные дыры были ответственны за дисбаланс материи и антиматерии, то насильственная гибель этих крошечных объектов была не просто концом, а необходимым началом той упорядоченной Вселенной, в которой мы живем сегодня.
