Великий Вибух. Що було до Великого вибуху?

1. Загадки Великого вибуху
2. А чи може Великий вибух повторитися?
3. Що було до Великого вибуху?

Загадки Великого вибуху

Наш Всесвіт виник 13,7 мільярда років тому, породжена Великим вибухом, і ось уже на протязі декількох поколінь вчені намагаються зрозуміти цей феномен.

В кінці 20-х років XX століття, Едвін Хаббл відкрив, що всі видимі нами галактики розлітаються - немов осколки гранати після вибуху, тоді ж бельгійський астроном і богослов Жорж Леметр і висунув свою гіпотезу (в 1931 р вона вийшла на сторінках «Nature» ). Він вважає що, історія світобудови почалася з того, що вибухнув «первинний атом», і це породило час, простір і матерію (раніше, на початку 1920-х років, радянський вчений Олександр Фрідман, аналізуючи рівняння Ейнштейна, теж прийшов до висновку, що «Всесвіт створювалася з точки» і на це пішло «десятки мільярдів наших звичайних років»).

Спочатку астрономи рішуче відкинули міркування бельгійського теолога. Тому як теорія Великого вибуху якнайкраще поєднувалася з християнською вірою в Бога-Творця. Протягом двох століть вчені припиняли проникнення в науку яких би то ні було релігійних домислів про «початок всіх початків». І ось Бог, вигнаний з природи під мірне погойдування коліщаток ньютонівської механіки, несподівано повертається. Він гряде в полум'я Великого вибуху, і важко придумати більш тріумфальну картину його явища.

Однак проблема була не тільки в богослов'ї - Великий вибух не підкорявся законам точних наук. Найважливіший момент історії Всесвіту перебував за межею пізнання. У цій сингулярної (особливої) точці, розташованій на осі простору-часу, загальна теорія відносності переставала діяти, тому як тиск, температура, щільність енергії і викривлення простору спрямовувалися в нескінченність, тобто втрачали всякий фізичний зміст. У цій точці зникали, перетворювалися не в нуль, не в негативні величини, а в повне їх відсутність, в абсолютну беззначность, всі ці секунди, метри і астрономічні одиниці. Ця точка - розрив, що не подолати на ходулях логіки або математики, діра навиліт в часі і просторі.

Тільки в кінці 1960-х років Роджер Пенроуз і Стівен Хокінг переконливо показали, що в рамках теорії Ейнштейна сингулярність Великого вибуху неминуча. Однак це не змогло полегшити роботу теоретиків. Як описати Великий вибух? Що стало, наприклад, причиною цієї події? Адже якщо до нього взагалі не було часу, то начебто не могло бути і причини, яка породила Кучму.

Як ми розуміємо тепер, для створення повної теорії Великого вибуху, необхідно пов'язати воєдино вчення Ейнштейна, що описує простір і час, з квантової теорії, що займається елементарними частинками і їх взаємодією. Ймовірно, може пройти не одне десятиліття, перш ніж вдасться це зробити і вивести єдину «формулу світобудови».

А звідки, наприклад, могло з'явиться щось грандіозне кількість енергії, що породило цей вибух неймовірної сили? Можливо, вона дісталася нашому Всесвіті від її попередниці, зіщулена в сингулярну точку? Однак тоді звідки та її отримала? Або енергія була розлита в первородний вакуумі, з якого - «бульбашкою піни» - вислизнула наш Всесвіт? Або ж Всесвіти старшого покоління передають енергію Всесвітах молодшого покоління за допомогою чорних дір - тих сингулярних точок - в глибинах яких, можливо, зароджуються нові світи, які нам ніколи не побачити? Як би там не було, Всесвіт в таких моделях постає «відкритою системою», що не повною мірою відповідає «класичної» картині Великого вибуху: «Не було нічого, і раптом народилося світобудову».

Всесвіт в момент утворення була в надзвичайно щільному і гарячому стані.

А можливо, як вважають деякі з дослідників, наш Всесвіт взагалі ... позбавлена ​​енергії, точніше, її сукупна енергія дорівнює нулю? Позитивна енергія випромінювання, що випускається речовиною, накладається на негативну енергію гравітації. Плюс на мінус дає нуль. Цей горезвісний «0» здається ключем до розуміння природи Великого вибуху. З нього - з «нуля», з «нічого» - миттєво народилося все. Випадково. Спонтанно. Просто так. Мізерно мале відхилення від 0 породило вселенську лавину подій. Можна навести й таке порівняння: кам'яну кулю, балансував на тонкій, як шпиль, вершині якоїсь Джомолунгми, несподівано хитнувся і покотився вниз, породжуючи «лавину подій».

1973 рік - фізик Едвард Тріон з Америки, спробував описати процес народження нашого Всесвіту, використовуючи принцип невизначеності Гейзенберга, одну з основ квантової теорії. За цим принципом, ніж точніше ми, наприклад, вимірюємо енергію, тим невизначеною стає час. Отже, якщо енергія строго дорівнює нулю, то час може бути як завгодно великим. Настільки великим, що рано чи пізно в квантовому вакуумі, з якого і належить народитися Всесвіту, виникне флуктуація. Це і призведе до стрімкого розростання космосу, здавалося б, з нічого. «Просто Всесвіти іноді народжуються, ось і все», - так невигадливо Тріон пояснив підґрунтя Великого вибуху. Це був великий Випадковий вибух. Тільки і всього.

А чи може Великий вибух повторитися?

Як не дивно, так. Ми живемо в світобудові, яке все ще може плодоносити і породжувати нові світи. Створено кілька моделей, які описують «Великі вибухи» майбутнього.

Чому б, наприклад, в тому ж вакуумі, яке породило нашу Всесвіт, чи не з'явитися новим флуктуацій? Може бути, за ці 13,7 мільярда років поруч з нашим всесвітом з'явилося безліч світів, ніяк не стикаються один з одним. У них діють різні закони природи, існують різні фізичні константи. У більшості цих світів життя ніколи не могла б виникнути. Багато з них відразу гинуть, відчувають колапс. Але в деяких Всесвітів - по чистій випадковості! - складаються умови, при яких здатна зародитися життя.

Але справа не тільки в тому вакуумі, що перебуває до початку «всіх часів і народів». Чреваті майбутніми світами флуктуації можуть виникати і в вакуумі, що розлитий в нашому Всесвіті, - точніше, в темній енергії, що заповнює її. Такого роду модель «оновлюється Всесвіту» розробив американський космолог, уродженець Радянського Союзу, Олександр Виленкин. Нам ці нові «великі вибухи» нічим не загрожують. Вони не зруйнують структуру Всесвіту, що не випалять її дотла, а тільки створять новий простір за межами, доступними нашим спостереженням і розуміння. Може бути, подібні «вибухи», що знаменують народження нових світів, відбуваються в глибинах численних чорних дір, що засівають космос, вважає американський астрофізик Лі Смолін.

Інший уродженець СРСР, що проживає на Заході, космолог Андрій Лінде вважає, що ми самі здатні вчинити новий Великий вибух, зібравши в якійсь точці простору величезна кількість енергії, що перевищує певний критичний межа. За його розрахунками, космічні інженери майбутнього могли б взяти незриму дрібку речовини - всього кілька сотих часток міліграма - і ущільнити його до такої міри, що енергія цього згустку складе 1015 гігалектронвольт. Утворюється крихітна чорна діра, яка почне розширюватися по експоненті. Так виникне «дочірня Всесвіт» зі своїм простором-часом, стрімко відділяється від нашого Всесвіту.

... У природі Великого вибуху багато фантастичного. Але справедливість цієї теорії доводить цілий ряд природних феноменів. До них відносяться спостерігається нами розширення Всесвіту, картина розподілу хімічних елементів, а також космічне фонове випромінювання, яке так і називають «реліктом Великого вибуху».

Що було до Великого вибуху?

Світ не існує вічно. Він зародився в полум'я Великого вибуху. Однак чи було це унікальним явищем в історії космосу? Або повторюваним подією, на кшталт народження зірок і планет? Що якщо Великий вибух - тільки фаза переходу з одного стану Вічності в інше?

Багато з фізиків говорять про те, що спочатку було Щось, а не Ніщо. Можливо, наш Всесвіт, - як і інші, - народилася з елементарного квантового вакууму. Але як не «мінімально просто» подібний стан, - а менше, ніж квантовий вакуум, не дозволяють бути закони фізики, - його не можна все ж назвати «Ніщо».

Можливо, видима нами Всесвіт - тільки чергове агрегатний стан Вічності? А химерне розташування галактик і галактичних скупчень - щось на зразок кристалічної решітки, яка в n-вимірному світі, який існував до народження нашого Всесвіту, мала зовсім іншу структуру і яка можливо передбачена «формулою всього», розшукують ще Ейнштейном? І чи буде вона знайдена в найближчі десятиліття? Вчені напружено вдивляються крізь стіну невідомого, огорожі наше світобудову, намагаючись зрозуміти, що ж було за мить до того, як, за звичними для нас уявленням, не було зовсім нічого. Які форми Вічного космосу можливо уявити, наділивши час і простір тими якостями, які немислимі в нашому всесвіті?

Серед найбільш багатообіцяючих теорій, в які фізики намагаються втиснути цілу Вічність, можливо назвати теорію квантової геометрії, квантово-спінову динаміку або квантову гравітацію. Найбільший внесок в їх розробку внесли Абей Аштекар, Тед Джекобсон, Єжи Левандовскі, Карло Ровеллі, Лі Смолін і Томас Тіманн. Все це - складні фізичні побудови, цілі палаци, зведені з формул і гіпотез, - тільки б приховати таїться в їх глибині і темряві прірву, сингулярність часу і простору.

Епоха сингулярності

Обхідні стежки нових теорій змушують нас переступити через очевидні, на перший погляд, істини. Так, в квантової геометрії простір і час, перш подрібнюваністю нескінченно, раптом розбиваються на окремі острівці - порції, кванти, менше яких немає нічого. Все сингулярні точки можуть бути вмуровано в ці «кам'яні брили». Саме простір-час перетворюється в переплетення одновимірних структур - «мережі спинив», тобто стає дискретної структурою, в своєму роді ланцюгом, сплетеної з окремих ланок.

Обсяг мінімально можливої ​​петельки простору становить всього 10-99 кубічного сантиметра. Ця величина настільки мала, що в одному кубічному сантиметрі набагато більше квантів простору, ніж тих самих кубічних сантиметрів в спостережуваного нами Всесвіту (її обсяг становить 1085 сантиметрів в кубі). Усередині квантів простору немає нічого, ні енергії, ні речовини - подібно до того, як всередині математичної точки - за визначенням - не знайти ні трикутника, ні ікосаедра. Але якщо ми застосуємо гіпотезу про «субмикроскопической тканини Всесвіту», що б описати Великий вибух, ми отримаємо вражаючі результати, як показали Абей Аштекар і Мартін Боджовальд з Пенсільванського університету.

Якщо замінити в Стандартної теорії космології диференціальні рівняння, які передбачають безперервний перебіг простору, іншими диференціальнимирівняннями, наступними з теорії квантової геометрії, то таємнича сингулярність зникне. Фізика не закінчується там, де починається Великий вибух, - такий перший обнадійливий висновок космологов, які відмовилися приймати за істину в останній інстанції видимі нами властивості світобудови.

В теорії квантової гравітації передбачається, що наш Всесвіт (як і всі інші) народилася в як результат випадкової флуктуації квантового вакууму - глобальної макроскопічної середовища, в якій не було часу. Кожен раз, коли в квантовому вакуумі виникає флуктуація певних розмірів, народжується і нова Всесвіт. Вона «відгалужується» від тієї однорідного середовища, в якій утворилася, і починає своє власне життя. Тепер у неї - своя історія, свій простір, свого часу, своя стріла часу.

У сучасній фізиці створили ряд теорій, що показують, як з вічно існуючої середовища, де немає Макровремені, але в окремих точках якої тече своє мікрочас, може виникнути такий величезний світ, як наш.

Наприклад, фізики Габріеле Венециано і Мауріціо Гасперіні з Італії, в рамках теорії струн припускають, що спочатку існував так званий «струнний вакуум». Випадкові квантові флуктуації в ньому привели до того, що щільність енергії досягла критичної величини, і це викликало локальний колапс. Який завершився народженням нашого Всесвіту з вакууму.

В рамках теорії квантової геометрії Абей Аштекар і Мартін Боджовальд показали, що простір і час можуть виникати з більш примітивних фундаментальних структур, а саме «мереж спинив».

Екхард Ребхан з Дюссельдорфської університету і - незалежно від нього - Джордж Елліс і Рой Маартенс з Кейптаунського університету розвивають ідею «статичної Всесвіту», яку обмірковували ще Альберт Ейнштейн і британський астроном Артур Еддінгтон. У своєму прагненні обійтися без ефектів квантової гравітації Ребхан і його колеги придумали сферичне простір, що перебуває посеред вічної порожнечі (або, якщо хочете, порожній вічності), де немає ніякого часу. З огляду на деяку нестабільність тут розвивається інфляційний процес, що і призводить до гарячого Великого вибуху.

Звичайно, перераховані моделі умоглядні, але вони принципово відповідають сучасному рівню розвитку фізики і результатами астрономічних спостережень останніх декількох десятиліть. У будь-якому випадку, ясно одне. Великий вибух був скоріше рядовим, природним подією, а не єдиним у своєму роді.

Чи допоможуть подібного роду теорії зрозуміти, що ж могло бути до Великого вибуху? Якщо Всесвіт народився, що її породило? Де в сучасних теоріях космології проступає «генетичний відбиток» її матері? 2005 рік - Абей Аштекар, наприклад, оприлюднив результати своїх нових розрахунків (виконати їх допомогли Томаш Павловські і Парампріт Сінгх). З них випливало, що якщо вихідні посилання вірні, то до Великого вибуху існували той же самий простір-час, що і після цієї події. Фізика нашого всесвіту, немов у дзеркалі, відбилася у фізиці світу іншого. У цих розрахунках Великий вибух, немов дзеркальний екран, розсікав Вічність, маючи в своєму розпорядженні поруч непоєднуване - єство і його відображення. І що справжність тут, що привид?

Єдине, що можливо розглядати «з того боку дзеркального скла», що Всесвіт тоді не розширювалася, а стискалася. Великий вибух став точкою її колапсу. У цей момент простір і час на мить минулося, щоб знову відбитися - продовжитися - феніксом повстати вже в знайомому нам світі, тому світобудові, яке ми виміряємо нашими формулами, шифрами і числами. Всесвіт буквально вивернула сама себе навиворіт, ніби рукавичку або сорочку, і з того часу неухильно розширюється. Великий вибух не був, по Аштекару, «творінням цілої Всесвіту з Ніщо», а був тільки переходом з однієї динамічної форми Вічності в іншу. Можливо, Всесвіт переживає нескінченну низку «великих вибухів», і ці десятки мільярдів (або скільки там) років, що розділяють її окремі фази, - тільки періоди «космічної синусоїди», за законами якої живе світобудову?

О.Волков

ред. shtorm777.ru

СХОЖІ ЗАПИСИ