Как возникла Вселенная?

Благодаря более глубокому знанию законов физики теперь можно отмотать пленку Вселенной назад и посмотреть ее эволюцию вплоть до нескольких секунд после Большого взрыва. Но здесь, когда сумма материи и энергии объединяется, образуя сферу бесконечной плотности и температуры, уравнения общей теории относительности нарушаются.

Как теория, “Большой взрыв исключает взрыв”, - пишет физик Брайан Грин в "Ткани космоса". Что бы ни произошло в тот момент, не говоря уже о том, что произошло до этого момента, это чье-либо (обоснованное) предположение — и нет недостатка в догадках о том, как возникла Вселенная.

Что произошло до Большого взрыва?

Во-первых, многие ученые утверждают, что термин "до" некорректен. Он предполагает, что существует время, отдельное от Вселенной, в то время как время и пространство могли возникнуть во Вселенной.

В этом отношении вопрос "Что было до Большого взрыва?" буквально лишен смысла. В одном из интервью философ Оксфордского университета Стивен Лоу предположил, что вместо ответов на подобные вопросы нам нужна "своего рода терапия, объяснение, которое поможет нам понять, почему пора перестать спрашивать".

Эта идея доводит человеческий язык и интуицию до предела, но мы можем попытаться понять ее смысл с помощью любимой аналогии покойного физика Стивена Хокинга. Гадать о том, что существовало до Большого взрыва, все равно что гадать о том, что существует к югу от Антарктиды. Мы пытаемся определить то, что вообще не существует.

Как возникла Вселенная?

Такой ответ может показаться интеллектуально неудовлетворительным. Конечно, Вселенная возникла из чего-то. Как возникла эта удивительная красота и сложность... Могла ли она возникнуть из ничего? Есть ли вообще что-нибудь?

Один из ответов, идущий от Аристотеля, заключается в том, что Вселенная не имеет источника движения и существовала всегда. Однако в 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что все галактики расширяются друг от друга. Это положило начало знаменитой "сингулярности".

Так откуда же взялась сингулярность? Высмеивая аристотелевскую необходимость "движущей силы", некоторые современные физики отвечают, что понятие причинности не имеет отношения к экстремальным условиям Большого взрыва. Нам необходимо более пристально взглянуть на научные теории о том, как образовалась Вселенная.

Решение квантовой механики

Квантовая механика показывает, что даже кажущееся пустым пространство заполнено вибрирующими виртуальными частицами, которые могут создавать материю в процессе, называемом туннелированием. Такое поведение можно наблюдать только в очень малых масштабах, но Вселенная как раз такого размера.

Одним из главных сторонников этой идеи является космолог Университета Тафтса Александр Биленкин, который в 1982 году в статье, написанной им для группы профессиональных физиков, признал, что "идея создания Вселенной из ничего является безумной".

Однако он утверждал, что только законы физики могли создать все вокруг нас. (Физики даже рассматривали возможность создания Вселенной в лаборатории).

Как описал это физик из Массачусетского технологического института Алан Лайтман, “вся Вселенная могла "внезапно" появиться из того места, где происходят вещи, в непостижимой дымке квантовых вероятностей”.

Тем не менее, вы можете подозревать, что это “ничто”, если оно совместимо с созданием реальности, какой мы ее знаем, в конце концов, было “чем-то”.

Вселенная из ничего

Дэвид Альберт, философ из Колумбийского университета, говорит об этом следующим образом. "Если то, что мы считали ничем, при ближайшем рассмотрении оказывается протонами и нейтронами, столами и стульями, планетами, солнечными системами, галактиками и вселенными, то это ничто и не может быть ничем".

В понимании концепции возникновения Вселенной из ничего есть важное различие между философским ничто и физическим ничто. В частности, в философском ничто сохраняются физические законы, необходимые для создания Вселенной.

Однако, даже принимая во внимание точку зрения Альберта, мы просто пинаем банку по дороге. Из чего бы ни возникла наша вселенная, это тоже должно было произойти от чего-то другого (по крайней мере, в соответствии с ожиданиями здравого смысла слабых человеческих мозгов).

Другими словами, это “черепахи до конца”, как выразились некоторые ученые. Итак, обсуждая этот вопрос, давайте углубимся в некоторые теории, немного менее погрязшие в философии.

Мультивселенная и вечная инфляция

Когда мы пытаемся представить себе Большой взрыв, все, что мы можем сделать, это вообразить событие огромной силы и величия - фейерверк, которым все закончилось или, наоборот, с которого все началось. Но что, если в более широком космологическом ландшафте это был всего лишь очередной вторник?

Например, мы можем быть потомками большой первозданной вселенной, которая постоянно создает новые вселенные. Эта идея, разработанная физиками Аланом Гутом, Эндрю Линдом и Полом Стейнхартом в 1980-х годах, называется вечной инфляцией.

Они считают, что при правильных условиях квантовые флуктуации могут привести к возникновению "карманных вселенных", которые очень быстро расширяются. Этот процесс, по их мнению, может продолжаться бесконечно, потенциально приводя к бесконечной мультивселенной. Однако инфляция, несмотря на свое теоретическое название, существует только в будущем, а не в прошлом — как она началась, остается загадкой.

Теория циклической Вселенной

Существует также возможность того, что Большой взрыв был не началом Вселенной, а переходом от предыдущего состояния.

Возможно также, что Вселенная бесконечно циклически повторяется, причем каждый этап заканчивается там, где начался следующий, а промежутки больше похожи на скачки, чем на взрывы. Теории круговых вселенных поддерживают идею вечной Вселенной с помощью успокаивающей логики (то есть они не пытаются создать что-то из ничего), но они также объясняют эволюцию Вселенной.

Согласно одной из версий этой истории, Евклидовой модели, наша Вселенная появилась в результате столкновения двух "мембран" (неизвестных теоретических объектов, которые также существуют в 10 или 11 измерениях, в зависимости от того, какую версию теории струн вы поддерживаете).

Считается, что мы живем внутри трехмерной браны, которая обычно врезается во вторую параллельную брану, разделенную пространством более высокого измерения. Энергия, вырабатываемая их столкновением, заставляет их расширяться, затем сжиматься и в конечном итоге снова объединяться в следующем столкновении.

Формальная циклическая космология

Теория была придумана лауреатом Нобелевской премии физиком Роджером Пенроузом, которого вдохновило поразительное сходство между его предсказаниями рождения и смерти Вселенной, вызвавшими споры.

За невообразимое количество лет (где должно быть 100 нулей) черная дыра поглотит все следы материи и испарится в процессе, известном как излучение Хокинга, оставив после себя безликое море фотонов. Примечательно, что эта холодная и безмолвная смерть математически эквивалентна горячему и энергичному Большому взрыву, что позволяет предположить, что эти два явления по сути одинаковы и что одно может слиться с другим.

В 2020 году Пенроуз даже утверждал, что обнаружил в нас следы предыдущей "космической эры", но многих физиков это не убедило.

Пока ученые не найдут столь востребованную единую теорию, которая объединила бы гравитационные идеи Эйнштейна с умопомрачительными механизмами квантового мира, наша картина большого взрыва, вероятно, останется нечеткой.

Какими бы странными ни были эти сценарии, правда может быть еще более странной. В то же время, к счастью для нас, физики любят размышлять о том, как возникла Вселенная.

ИСТОЧНИК