Что если не было Большого взрыва, и мы живем в постоянно изменяющейся Вселенной?

Размышляя над вопросом о том, что Бог делал перед созданием, святой Августин, как говорят, шутил: «Он готовил ад для тех, кто сует нос в тайны». Очевидно, идея ада не пугает современных ученых. На самом деле, многие пытаются понять, как возникла наша Вселенная.

Нет убедительных доказательств того, что у нашей Вселенной даже было начало, поразительное предположение, которое означает, что космос может разрушиться примерно через 100 миллиардов лет.

Вы можете предполагать, что Вселенная началась с большого взрыва. Десять лет назад я тоже так думал. Но потом я понял, что проблема еще не решена. Решение этого вопроса побудило меня изменить направление моей карьеры и стать космологом, хотя я только что получил докторскую степень по философии квантовой физики. То, что я обнаружил с тех пор, поддерживает радикально новый ответ на вопрос — что было до начала? Ответ может быть захватывающим, что никогда не было Большого взрыва, а вместо этого Вселенная без начала или конца, многократно зацикленная от эпохи сокращения к расширению и обратно.

В 1920-х годах русский физик Александр Фридман и бельгийский астроном Георгий Леметр независимо друг от друга предположили, что Вселенная расширяется. Леметр, экстраполируя назад во времени, рассуждал, что она должна была начаться как маленький «первобытный атом». Когда Эдвин Хаббл предоставил убедительные эмпирические доказательства в пользу космического расширения, основанные на его наблюдениях за движениями далеких галактик, дело было урегулировано. Теория расширения подразумевает, что холодная, обширная Вселенная, которую мы видим сегодня, когда-то была крошечным, горячим участком пространства. Продолжайте двигаться дальше, предполагая, что применяются те же законы, и все сокращается до точки, содержащей сверхвысокую концентрацию энергии. Это гипотетическое состояние получило название Большого взрыва. Но нет никаких доказательств того, что эта простая экстраполяция действительна или что Вселенная началась таким образом. Тем не менее, это стало стандартным взглядом, настолько укоренившимся, что многие из нас узнали об этом в детстве, как и я.

Большого взрыва не было, а была Вселенная без начала и конца.

Есть одна очень веская причина с подозрением относиться к этой экстраполяции, и это связано с квантовой теорией. К тому времени, когда Большой Взрыв вошел в популярный лексикон, правила, управляющие субатомным царством, были довольно ясны, хотя и чрезвычайно странны. Среди прочего, они говорят, что частицы могут появляться и исчезать постоянно, если они не задерживаются слишком долго. Этот постоянный всплеск важен в малых масштабах, таких как Большой взрыв, когда Вселенная была размером с точку. Что бы ни содержало это пятнышко, оно постоянно и беспорядочно колебалось бы в энергии, так что, по мере расширения пространства, эти различия должны были распространяться, приводя к огромным дисбалансам в количестве энергии в различных частях Вселенной. Но вот в чем дело: мы не видим такого дисбаланса.

Хотя материя во Вселенной случайно объединяется в комки, которые мы называем галактиками, когда мы смотрим на Вселенную в самых больших масштабах, распределение всех форм материи удивительно плавно в пространстве. Это единообразие требует объяснения. Кроме того, те же самые квантовые флуктуации при Большом взрыве должны были вызвать скручивание, изгиб и деформацию пространства. По мере расширения Вселенной, эти деформации тоже расширялись бы и вызывали дикие искажения на пути света, путешествующего по космосу. И все же астрономы не видят следов этих искажений.

В начале 1980-х годов физики-теоретики Алан Гут, Андрей Линде, Андреас Альбрехт и Пол Стейнхардт представили идею, направленную на решение проблем теории Большого взрыва. Они предположили, что через несколько мгновений после Большого взрыва Вселенная пережила короткую эпоху чрезвычайно быстрого расширения, известную как инфляция. Их концепция состояла в том, что инфляция растянет Вселенную так быстро, что любые изгибы, деформации и искажения в ткани пространства-времени будут сглажены, а распределение всей материи однородно.

Но инфляция создает свои проблемы. Например, для этого требуется гипотетическое поле, называемое инфлатоном. Оно должно включиться в нужное время и только с правильной силой — и оставаться почти постоянным во времени — чтобы объяснить гладкость Вселенной. В сценарии большого взрыва это маловероятно, потому что напряженность поля инфлатона будет отличаться в разных областях пространства из-за больших квантовых флуктуаций. В результате, более вероятно, что инфляции недостаточно для сглаживания Вселенной, что мы наблюдаем.

Вместо единой Вселенной, которую мы видим, результатом инфляции является то, что пространство в конечном итоге делится на бесконечное количество пятен с бесконечным разнообразием различных свойств. Это неконтролируемое разнообразие называется инфляционной мультивселенной, ансамблем, в котором возможно любое количество различных Вселенных.

Нынешняя фаза расширения Вселенной закончится, и она вступит в новую фазу сжатия.

Большинство космологов и астрофизиков сегодня склонны пренебрегать этими вопросами. Но с тех пор как я впервые услышал об этих проблемах, я не мог их игнорировать.

Руби Фрессен, UC Сан-Диего.

Думаете, у Вселенной должно быть начало? Вот еще несколько теорий:

Устойчивое состояние.

Из наблюдений мы знаем, что Вселенная расширяется, поэтому может показаться логичным сделать вывод, что она расширяется из одной точки. Но есть и другой способ думать об этом, как предложил космолог Фред Хойл в 1948 году. Если новая материя будет непрерывно создаваться при расширении пространства, то каждая новая область пространства будет выглядеть одинаково. Согласно этой точке зрения, не должно быть ни начала, ни конца Вселенной.

Безграничное предложение.

Физики Стивен Хокинг и Джеймс Хартл думали довольно схоже. Они предположили, что по мере того, как вы возвращаетесь во времени к Большому взрыву, и все становится все меньше и меньше, три измерения пространства и одно время существенно трансформируются в четыре измерения пространства. Это означает, что Вселенная не имела временных границ, и вопрос о начале или о том, что было до Большого взрыва, не имеет смысла.

Вселенная антивещества.

Лэтэм Бойл и Нил Турок из Института теоретической физики Периметра в Канаде считают, что предложение без границ ошибочно, и предложили альтернативу, используя аналогичные математические инструменты. Они предполагают, что наша Вселенная может быть зеркальным отражением другой. Эта антивселенная будет расширяться назад во времени до большого взрыва, увеличиваясь при этом, и будет доминировать антивещество.

Струнная газовая космология.

Вдохновленные теорией струн, Кумрун Вафа из Гарвардского университета и Роберт Бранденбергер из Университета Макгилла в Канаде предположили, что нынешняя Вселенная возникла из горячего, плотного газа возбужденных суперструн, которые, как считается, являются фундаментальными компонентами материи.

Смена фазы.

Некоторые физики считают, что само пространство-время должно состоять из крошечных, похожих на атом частиц. По словам Даниэле Орити, физика из Института гравитационной физики им. Макса Планка в Германии, одним из следствий является то, что подобно тому, как атомы могут объединяться в твердое тело, жидкость или газ, частицы пространства-времени могут объединяться в разные фазы. Возможно, начало Вселенной было точкой, в которой сгущались эти частицы. Что касается того, что было до этого момента – никто не может сказать.