Содержание
За триллион лет до Большого взрыва
Алексей Левин
«Популярная механика» №6, 2010
У теории Большого взрыва в нынешнем десятилетии появился сильный конкурент — циклическая теория.
Название этой статьи может показаться не слишком умной шуткой. Согласно общепринятой космологической концепции, теории Большого взрыва, наша Вселенная возникла из экстремального состояния физического вакуума, порожденного квантовой флуктуацией. В этом состоянии не существовало ни времени, ни пространства (или они были спутаны в пространственно-временную пену), а все фундаментальные физические взаимодействия были слиты воедино. Позже они разделились и обрели самостоятельное бытие — сначала гравитация, затем сильное взаимодействие, а уже потом — слабое и электромагнитное.
Момент, предшествовавший этим переменам, принято обозначать как нулевое время, t = 0, однако это чистая условность, дань математическому формализму. Согласно стандартной теории, непрерывное течение времени началось лишь после того, как сила тяготения обрела независимость.
Этому моменту обычно приписывают величину t = 10–43с (точнее, 5,4 × 10–44с), которую называют планковским временем. Современные физические теории просто не в состоянии осмысленно работать с более короткими промежутками времени (считается, что для этого нужна квантовая теория гравитации, которая пока не создана). В контексте традиционной космологии нет смысла рассуждать о том, что происходило до начального момента времени, поскольку времени в нашем понимании тогда просто не существовало.
Непременной частью стандартной космологической теории служит концепция инфляции (см. врезку). После окончания инфляции в свои права вступило тяготение, и Вселенная продолжила расширяться, но уже с уменьшающейся скоростью. Такая эволюция растянулась на 9 млрд лет, после чего в дело вступило еще одно антигравитационное поле неизвестной природы, которое именуют темной энергией. Оно опять вывело Вселенную в режим экспоненциального расширения, который вроде бы должен сохраниться и в будущие времена.
Следует отметить, что эти выводы базируются на астрофизических открытиях, сделанных в конце прошлого века, почти через 20 лет после появления инфляционной космологии.
Впервые инфляционная интерпретация Большого взрыва была предложена около 30 лет назад и с тех пор многократно шлифовалась. Эта теория позволила разрешить несколько фундаментальных проблем, с которыми не справилась предшествующая космология. Например, она объяснила, почему мы живем во Вселенной с плоской евклидовой геометрией — в соответствии с классическими уравнениями Фридмана, именно такой она и должна сделаться при экспоненциальном расширении. Инфляционная теория объяснила, почему космическая материя обладает зернистостью в масштабах, не превышающих сотен миллионов световых лет, а на больших дистанциях распределена равномерно. Она также дала истолкование неудачи любых попыток обнаружить магнитные монополи, очень массивные частицы с одиночным магнитным полюсом, которые, как считается, в изобилии рождались перед началом инфляции (инфляция так растянула космическое пространство, что первоначально высокая плотность монополей сократилась почти до нуля, и поэтому наши приборы не могут их обнаружить).
Вскоре после появления инфляционной модели несколько теоретиков поняли, что ее внутренняя логика не противоречит идее перманентного множественного рождения все новых и новых вселенных. В самом деле, квантовые флуктуации, подобные тем, которым мы обязаны существованием нашего мира, могут возникать в любом количестве, если для этого имеются подходящие условия. Не исключено, что наше мироздание вышло из флуктуационной зоны, сформировавшейся в мире-предшественнике. Точно так же можно допустить, что когда-нибудь и где-нибудь в нашей собственной Вселенной образуется флуктуация, которая «выдует» юную вселенную совершенно другого рода, также способную к космологическому «деторождению». Существуют модели, в которых такие дочерние вселенные возникают непрерывно, отпочковываются от своих родительниц и находят свое собственное место. При этом вовсе не обязательно, что в таких мирах устанавливаются одни и те же физические законы. Все эти миры «вложены» в единый пространственно-временной континуум, но разнесены в нем настолько, что никак не ощущают присутствия друг друга.
В общем, концепция инфляции позволяет — более того, вынуждает!– считать, что в исполинском мегакосмосе существует множество изолированных друг от друга вселенных с различным устройством.
Физики-теоретики любят придумывать альтернативы даже самым общепринятым теориям. Появились конкуренты и у инфляционной модели Большого взрыва. Они не получили широкой поддержки, но имели и имеют своих последователей. Теория Стейнхардта и Тьюрока среди них не первая и наверняка не последняя. Однако на сегодняшний день она разработана детальней остальных и лучше объясняет наблюдаемые свойства нашего мира. Она имеет несколько версий, из которых одни базируются на теории квантовых струн и многомерных пространств, а другие полагаются на традиционную квантовую теорию поля. Первый подход дает более наглядные картинки космологических процессов, так что на нем и остановимся.
Самый продвинутый вариант теории струн известен как М-теория. Она утверждает, что физический мир имеет 11 измерений — десять пространственных и одно временное.
В нем плавают пространства меньших размерностей, так называемые браны. Наша Вселенная — просто одна из таких бран, обладающая тремя пространственными измерениями. Ее заполняют различные квантовые частицы (электроны, кварки, фотоны и т. д.), которые на самом деле являются разомкнутыми вибрирующими струнами с единственным пространственным измерением — длиной. Концы каждой струны намертво закреплены внутри трехмерной браны, и покинуть брану струна не может. Но есть и замкнутые струны, которые могут мигрировать за пределы бран — это гравитоны, кванты поля тяготения.
Как же циклическая теория объясняет прошлое и будущее мироздания? Начнем с нынешней эпохи. Первое место сейчас принадлежит темной энергии, которая заставляет нашу Вселенную расширяться по экспоненте, периодически удваивая размеры. В результате плотность материи и излучения постоянно падает, гравитационное искривление пространства слабеет, а его геометрия становится все более плоской. В течение следующего триллиона лет размеры Вселенной удвоятся около ста раз, и она превратится в практически пустой мир, полностью лишенный материальных структур.
Рядом с нами находится еще одна трехмерная брана, отделенная от нас на ничтожное расстояние в четвертом измерении, и она тоже претерпевает аналогичное экспоненциальное растяжение и уплощение. Все это время дистанция между бранами практически не меняется.
А потом эти параллельные браны начинают сближаться. Их толкает друг к другу силовое поле, энергия которого зависит от расстояния между бранами. Сейчас плотность энергии такого поля положительна, поэтому пространство обеих бран расширяется по экспоненте, — следовательно, именно это поле и обеспечивает эффект, который объясняют наличием темной энергии! Однако этот параметр постепенно уменьшается и через триллион лет упадет до нуля. Обе браны все равно продолжат расширяться, но уже не по экспоненте, а в очень медленном темпе. Следовательно, в нашем мире плотность частиц и излучения так и останется почти что нулевой, а геометрия — плоской.
Но окончание старой истории — лишь прелюдия к очередному циклу. Браны перемещаются навстречу друг другу и, в конце концов, сталкиваются.
На этой стадии плотность энергии межбранового поля опускается ниже нуля, и оно начинает действовать наподобие гравитации (напомню, что у тяготения потенциальная энергия отрицательна!). Когда браны оказываются совсем близко, межбрановое поле начинает усиливать квантовые флуктуации в каждой точке нашего мира и преобразует их в макроскопические деформации пространственной геометрии (например, за миллионную долю секунды до столкновения расчетный размер таких деформаций достигает нескольких метров). После столкновения именно в этих зонах выделяется львиная доля высвобождаемой при ударе кинетической энергии. В итоге именно там возникает больше всего горячей плазмы с температурой порядка 1023 градусов. Именно эти области становятся локальными узлами тяготения и превращаются в зародыши будущих галактик.
Такое столкновение заменяет Большой взрыв инфляционной космологии. Очень важно, что вся возникшая заново материя с положительной энергией появляется за счет накопленной отрицательной энергии межбранового поля, поэтому закон сохранения энергии не нарушается.
А как ведет себя такое поле в этот решающий момент? До столкновения плотность его энергии достигает минимума (причем отрицательного), затем начинает возрастать, а при столкновении становится нулевой. Затем браны отталкиваются друг от друга и начинают расходиться. Плотность межбрановой энергии проходит обратную эволюцию — опять делается отрицательной, нулевой, положительной. Обогащенная материей и излучением брана сначала расширяется с падающей скоростью под тормозящим воздействием собственного тяготения, а потом вновь переходит к экспоненциальному расширению. Новый цикл заканчивается подобно прежнему — и так до бесконечности. Циклы, предшествующие нашему, происходили и в прошлом — в этой модели время непрерывно, поэтому прошлое существует и за пределами 13,7 млрд лет, прошедших после последнего обогащения нашей браны материей и излучением! Было ли у них вообще какое-то начало, теория умалчивает.
Циклическая теория по-новому объясняет свойства нашего мира. Он обладает плоской геометрией, поскольку к концу каждого цикла непомерно растягивается и лишь немного деформируется перед началом нового цикла.
Квантовые флуктуации, которые становятся предшественниками галактик, возникают хаотически, но в среднем равномерно — поэтому космическое пространство заполнено сгустками материи, но на очень больших дистанциях вполне однородно. Мы не можем обнаружить магнитные монополи просто потому, что максимальная температура новорожденной плазмы не превышала 1023К, а для возникновения таких частиц потребны много большие энергии — порядка 1027К.
Циклическая теория существует в нескольких версиях, как и теория инфляции. Однако, по словам Пола Стейнхардта, различия между ними чисто технические и интересны лишь специалистам, общая концепция же остается неизменной: «Во-первых, в нашей теории нет никакого момента начала мира, никакой сингулярности. Есть периодические фазы интенсивного рождения вещества и излучения, каждую из которых при желании можно называть Большим взрывом. Но любая из этих фаз знаменует не возникновение новой вселенной, а лишь переход от одного цикла к другому.
И пространство, и время существуют и до, и после любого из этих катаклизмов. Поэтому вполне закономерно спросить, каким было положение дел за 10 млрд лет до последнего Большого взрыва, от которого отсчитывают историю мироздания.
Второе ключевое отличие — природа и роль темной энергии. Инфляционная космология не предсказывала перехода замедляющегося расширения Вселенной в ускоренное. А когда астрофизики открыли это явление, наблюдая за вспышками далеких сверхновых звезд, стандартная космология даже не знала, что с этим делать. Гипотезу темной энергии выдвинули просто для того, чтобы как-то привязать к теории парадоксальные результаты этих наблюдений. А наш подход гораздо лучше скреплен внутренней логикой, поскольку темная энергия у нас присутствует изначально и именно она обеспечивает чередование космологических циклов». Впрочем, как отмечает Пол Стейнхардт, есть у циклической теории и слабые места: «Нам пока не удалось убедительно описать процесс столкновения и отскока параллельных бран, имеющий место в начале каждого цикла.
Прочие аспекты циклической теории разработаны куда лучше, а здесь предстоит устранить еще немало неясностей».
Но даже самые красивые теоретические модели нуждаются в опытной проверке. Можно ли подтвердить или опровергнуть циклическую космологию с помощью наблюдений? «Обе теории, и инфляционная, и циклическая, предсказывают существование реликтовых гравитационных волн, — объясняет Пол Стейнхардт.– В первом случае они возникают из первичных квантовых флуктуаций, которые в ходе инфляции размазываются по пространству и порождают периодические колебания его геометрии, — а это, согласно общей теории относительности, и есть волны тяготения. В нашем сценарии первопричиной таких волн также служат квантовые флуктуации — те самые, что усиливаются при столкновении бран. Вычисления показали, что каждый механизм порождает волны, обладающие специфическим спектром и специфической поляризацией. Эти волны обязаны были оставить отпечатки на космическом микроволновом излучении, которое служит бесценным источником сведений о раннем космосе.
Пока такие следы обнаружить не удалось, но, скорее всего, это будет сделано в течение ближайшего десятилетия. Кроме того, физики уже думают о прямой регистрации реликтовых гравитационных волн с помощью космических аппаратов, которые появятся через два-три десятка лет».
Еще одно различие, по словам профессора Стейнхардта, состоит в распределении температур фонового микроволнового излучения: «Это излучение, приходящее из разных участков небосвода, не вполне однородно по температуре, в нем есть более и менее нагретые зоны. На том уровне точности измерений, который обеспечивает современная аппаратура, количество горячих и холодных зон примерно одинаково, что совпадает с выводами обеих теорий — и инфляционной, и циклической. Однако эти теории предсказывают более тонкие различия между зонами. В принципе, их сможет выявить запущенная в прошлом году европейская космическая обсерватория «Планк» и другие новейшие космические аппараты. Я надеюсь, что результаты этих экспериментов помогут сделать выбор между инфляционной и циклической теориями.
Но может случиться и так, что ситуация останется неопределенной и ни одна из теорий не получит однозначной экспериментальной поддержки. Ну что ж, тогда придется придумать что-нибудь новое».
какие ошибки допустили астрономы и какой была ранняя вселенная
Ранняя Вселенная могла быть не такой уж и ранней. То есть мы можем наблюдать результат последней итерации цикла взрыва и отскока.
Кирилл Панов
Unsplash
Проблема неполной теории
Согласно теории Большого взрыва, давным-давно, 13,8 миллиарда лет назад, Вселенная была размером с персик и имела температуру более четырех миллиардов градусов. Затем произошел взрыв.
Удивительно, но эта теория подтверждается проводимыми наблюдениями. При этом картина, рисуемая теорией Большого взрыва, явно не полная — не хватает части головоломки, а именно информации о первых «шагах» ранней Вселенной. Чем ближе мы пытаемся приблизится к разгадке, тем сложнее становятся математические расчеты и в определенный момент просто теряют смысл.
Неисследованной остается «сингулярность» — точка бесконечной плотности, существовавшая до Большого взрыва. Фактически, в какой-то момент Вселенная была втиснута в бесконечно крошечную и в бесконечно плотную точку. Это абсурдно, а значит нам нужна новая физика для решения выявленной проблемы, так как имеющаяся с ней «не справляется» и никак не может увязать гравитацию и другие силы при сверхвысоких энергиях.
Теория Большого отскока: в чем суть
Сделать это может теория струн, которая способна объяснить самые ранние моменты Вселенной. В данной теории есть понятие «экпиротической» Вселенной. То есть, Большой взрыв был вызван чем-то, что происходило до него, а сам взрыв был не началом, а частью более глобального процесса.
Развитие экпиротической концепции привело к появлению теории циклической космологии — постоянно повторяющейся Вселенной, которой теория струн дала математическое обоснование.
Циклическая Вселенная движется от начала к концу, от расширения к сжатию, путешествуя вперед и назад во времени. Вечно.
Как бы немыслимо это ни звучало, в ранних версиях циклической модели было сложно сопоставлять наблюдения, и это серьезная проблема, так как речь идет о науке, а не о байке, рассказываемой у костра.
Основным препятствием стали наблюдения космического микроволнового фона — древнего света, оставшегося со времен, когда Вселенной было всего 380 000 лет. Дальше мы просто не можем заглянуть. Поэтому ученым казалось, что циклическая Вселенная — изящная, но ошибочная идея.
Но есть ранее упущенные аспекты. Так в момент «отскока», когда наша Вселенная сжимается до невероятно маленькой точки и возвращается в состояние, предшествующее Большому взрыву, можно выстроить все данные в логическую цепочку и получить верный результат, который можно подтвердить с помощью наблюдений.
Теория Большого отскока, появившаяся из циклической модели Вселенной в 2016 году, может объяснить то, что не смогла объяснить теория Большого взрыва.
Согласно ей взрыв — не уникальное событие, а цикличное, повторяющееся. То есть до нашей Вселенной существовала другая, которая также расширялась, а затем начала сжиматься. В какой-то момент сжатия максимальная энергия оказалась заключенной в минимальный объем и старая Вселенная воспроизвела саму себя. Взорвавшись, новая Вселенная начала расширяться.
В этот момент все квантовые состояния перешли из одной Вселенной в другую, согласно теории петлевой квантовой гравитации. Именно эта теория позволяет заглянуть за Большой взрыв, где мы видим сжатие и расширение. При этом, согласно теории, от предыдущей Вселенной не остается ни одного параметра — они не переходят в новую в том же виде. Поэтому наша Вселенная отличается от предыдущей, так же как и следующая Вселенная не будет похожа на нашу.
Другими словами, сложная и непонятая физика позволяет радикально пересмотреть наше время и место в космосе. Но чтобы проверить эту модель, необходимо дождаться результатов наблюдений.
Что было до Большого Взрыва?
(Изображение предоставлено Shutterstock)
Большой взрыв обычно считается началом всего: около 13,8 миллиардов лет назад наблюдаемая Вселенная стала бумом и расширилась.
Но что было до Большого Взрыва?
Краткий ответ: Мы не знаем. Длинный ответ: всего могло быть много, каждое по-своему умопомрачительно.
Связанный: Насколько массивен Млечный Путь?
В начале
Первое, что нужно понять, это то, что на самом деле представлял собой Большой Взрыв.
«Большой взрыв — это момент времени, а не точка в пространстве», — сказал Шон Кэрролл, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института и автор книги «Большая картина: происхождение жизни, смысл и Вселенная». Сам» (Даттон, 2016).
Таким образом, возможно, что Вселенная во время Большого Взрыва была крошечной или бесконечно большой, сказал Кэрролл, потому что невозможно оглянуться назад во времени на вещи, которые мы даже не можем увидеть сегодня. Все, что мы действительно знаем, это то, что он был очень, очень плотным и очень быстро стал менее плотным.
Как следствие, вне вселенной на самом деле нет ничего, потому что вселенная по определению есть все. Итак, при Большом Взрыве все было плотнее и горячее, чем сейчас, но «снаружи» его было не больше, чем сегодня. По словам Кэрролла, как бы ни было заманчиво принять богоподобный взгляд и представить, что вы можете стоять в пустоте и смотреть на сморщенную детскую вселенную прямо перед Большим взрывом, это было бы невозможно. Вселенная не расширилась в космос; расширилось само пространство.
«Независимо от того, где вы находитесь во Вселенной, если вы проследите себя на 14 миллиардов лет назад, вы придете к этой точке, где она была чрезвычайно горячей, плотной и быстро расширяющейся», — сказал он.
Никто точно не знает, что происходило во Вселенной до 1 секунды после Большого Взрыва, когда Вселенная достаточно остыла для того, чтобы протоны и нейтроны столкнулись и слиплись. Многие ученые действительно думают, что Вселенная прошла через процесс экспоненциального расширения, называемого инфляцией, в течение этой первой секунды. Это сгладило бы ткань пространства-времени и могло бы объяснить, почему сегодня материя так равномерно распределена во Вселенной.
До взрыва
Возможно, что до Большого взрыва Вселенная представляла собой бесконечный участок сверхгорячего плотного материала, сохранявшийся в устойчивом состоянии до тех пор, пока по какой-то причине не произошел Большой взрыв. По словам Кэрролла, эта сверхплотная Вселенная могла управляться квантовой механикой, физикой чрезвычайно малых масштабов. Таким образом, Большой взрыв представлял собой момент, когда классическая физика стала главным двигателем эволюции Вселенной. [Что такое квантовая механика?]
Для Стивена Хокинга этот момент был единственным, что имело значение: до Большого взрыва, по его словам, события были неизмеримы и, следовательно, не определены. Хокинг назвал это предложением об отсутствии границ: по его словам, время и пространство конечны, но у них нет границ, начальной или конечной точки, точно так же, как планета Земля конечна, но не имеет края.
«Поскольку события, предшествующие Большому взрыву, не имеют наблюдаемых последствий, их можно вычеркнуть из теории и сказать, что время началось с Большого взрыва», — сказал он в интервью программе National Geographic «StarTalk» в 2018 году.
Или, возможно, до Большого взрыва было что-то еще, над чем стоит задуматься. Одна из идей состоит в том, что Большой взрыв — это не начало времени, а скорее момент симметрии. В этой идее до Большого взрыва существовала другая вселенная, идентичная этой, но с возрастающей энтропией в сторону прошлого, а не в сторону будущего.
Увеличение энтропии или увеличение беспорядка в системе, по сути, является стрелой времени, сказал Кэрролл, поэтому в этой зеркальной вселенной время будет идти противоположно времени в современной вселенной, а наша вселенная будет в прошлом. Сторонники этой теории также предполагают, что в этой зеркальной вселенной меняются местами другие свойства Вселенной. Например, физик Дэвид Слоан написал в научном блоге Оксфордского университета, что асимметрии в молекулах и ионах (называемые хиральностью) будут иметь ориентацию, противоположную тому, что они имеют в нашей Вселенной.
Родственная теория утверждает, что Большой Взрыв был не началом всего, а скорее моментом времени, когда Вселенная перешла от периода сжатия к периоду расширения. Это понятие «Большого отскока» предполагает, что могут быть бесконечные Большие взрывы, поскольку Вселенная расширяется, сжимается и снова расширяется. Проблема с этими идеями, по словам Кэрролла, заключается в том, что нет объяснения тому, почему и как расширяющаяся Вселенная сжимается и возвращается в состояние с низкой энтропией.
У Кэрролла и его коллеги Дженнифер Чен есть собственное видение до Большого Взрыва. В 2004 году физики предположили, что, возможно, вселенная, какой мы ее знаем, является потомком родительской вселенной, от которой оторвался кусок пространства-времени.
Это похоже на распад радиоактивного ядра, сказал Кэрролл: Когда ядро распадается, оно выбрасывает альфа- или бета-частицу. Родительская вселенная могла бы делать то же самое, за исключением того, что вместо частиц она выплевывает дочерние вселенные, возможно, бесконечно.
«Это просто квантовая флуктуация, которая позволяет этому произойти», — сказал Кэрролл. Эти дочерние вселенные являются «буквально параллельными вселенными», сказал Кэрролл, и не взаимодействуют друг с другом и не влияют друг на друга.
Если все это звучит довольно странно, так оно и есть, потому что у ученых еще нет способа заглянуть даже в момент Большого взрыва, не говоря уже о том, что было до него. Тем не менее, есть место для изучения, сказал Кэрролл. Обнаружение гравитационных волн от мощных галактических столкновений в 2015 году открывает возможность того, что эти волны можно использовать для решения фундаментальных загадок о расширении вселенных в эту первую решающую секунду.
У физиков-теоретиков тоже есть работа, сказал Кэрролл, например, делать более точные прогнозы о том, как могут работать квантовые силы, такие как квантовая гравитация.
«Мы даже не знаем, что ищем, — сказал Кэрролл, — пока у нас не появится теория».
- Почему Земля вращается?
- Как Млечный Путь получил свое название?
- Черные дыры прекрасны.
Почему их имена обычно такие скучные?
Почему их имена обычно такие скучные?Первоначально опубликовано на Live Science .
Стефани Паппас — автор статей для журнала Live Science, освещающего самые разные темы — от геонаук до археологии, человеческого мозга и поведения. Ранее она была старшим автором журнала Live Science, но теперь работает внештатным сотрудником в Денвере, штат Колорадо, и регулярно публикует статьи в журналах Scientific American и The Monitor, ежемесячном журнале Американской психологической ассоциации. Стефани получила степень бакалавра психологии в Университете Южной Каролины и диплом о высшем образовании в области научной коммуникации в Калифорнийском университете в Санта-Круз.
Что было до Большого Взрыва? Все, что вам нужно знать
Каковы доказательства Большого Взрыва?
Вселенная не существовала вечно. Он родился. Около 13,82 миллиарда лет назад материя, энергия, пространство и время взорвались огненным шаром, названным Большим взрывом.
Он расширился, и из остывающих обломков образовались галактики — островки звезд, среди которых наш Млечный Путь — один из примерно двух триллионов. Это теория Большого Взрыва.
Вселенная, возникающая из ничего, настолько безумна, что ученых пришлось пинать и кричать, чтобы принять эту идею. Но доказательства убедительны. Галактики разлетаются, как куски космической шрапнели. И тепло Большого Взрыва все еще вокруг нас. Сильно охлажденное космическим расширением, это «послесвечение» проявляется не как видимый свет, а главным образом как микроволновое излучение — «космическое фоновое излучение», открытое радиоастрономами в 1965 году.
Где произошел Большой Взрыв?
При взрыве динамитной шашки детонация происходит в одном месте и осколки летят в пустоту. В Большом взрыве не было ни центра, ни ранее существовавшей пустоты, поэтому он не произошел ни в каком «месте». Возникло само пространство и сразу начало расширяться повсюду.
Книги по астрономии часто сравнивают Вселенную с поднимающимся пирогом с изюмом, символизирующим галактики.
По мере того, как пирог растет, изюм удаляется друг от друга, не имея центра расширения — как при Большом взрыве. Но, конечно, у торта есть край, в отличие от Вселенной, который может продолжаться вечно. Нет идеальных аналогий!
Больше похожего на это
Был ли Большой Взрыв одноразовым?
В начале Большого Взрыва был инфляционный вакуум. Когда он удвоил свой объем, он удвоил свою энергию; когда он утроил свой объем, он утроил свою энергию. Если бы банкноты были такими, и вы разобрали стопку, их стало бы еще больше. Физики называют инфляцию «абсолютным бесплатным обедом»!
Инфляционный вакуум расширялся все быстрее. Но это была «квантовая» штука. А квантовые вещи фундаментально непредсказуемы. Случайным образом во всем инфляционном вакууме его части «распадались» до обычного, бытового вакуума.
Представьте крошечные пузыри, образующиеся в огромном океане. В каждом пузыре инфляционный вакуум исчезал, но его огромная энергия должна была куда-то деваться.
Он пошел на создание материи и ее нагревание. Это привело к созданию Большого Взрыва. Наша Вселенная Большого Взрыва — всего лишь один такой пузырь среди возможной бесконечности других вселенных Большого Взрыва в постоянно расширяющемся инфляционном вакууме!
Чтобы все это запустить, понадобился кусок инфляционного вакуума всего килограмм. Невероятно, но законы квантовой теории позволяют ему появиться из ничего.
Какие проблемы с теорией Большого Взрыва?
Основная идея — что Вселенная изначально была горячей и плотной и с тех пор расширяется и охлаждается — неопровержима. Но космологам пришлось внести коррективы в теорию, чтобы учесть некоторые наблюдения.
Во-первых, в стандартной модели Большого взрыва галактики растут за счет гравитационного притяжения материи. Но если бы это было единственное, что происходит, то для их формирования потребовалось бы гораздо больше времени, чем 13,82 миллиарда лет. Астрономы исправляют это, постулируя, что видимые звезды и галактики в шесть раз перевешивают невидимую «темную материю», дополнительная гравитация которой ускоряет формирование галактик.
Во-вторых, базовый Большой Взрыв предсказывает, что гравитационное притяжение между галактиками действует как паутина эластичного, замедляющего космическое расширение. Однако в 1998 году астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Они фиксируют это, постулируя существование «темной энергии», которая невидима, заполняет пространство и обладает отталкивающей гравитацией.
Чтобы объяснить, почему во Вселенной везде одинаковая температура, необходима последняя корректировка основной теории. Чтобы объяснить это, астрономы считают, что Вселенная вначале была меньше, чем ожидалось, а затем за первую долю секунды подверглась сверхбыстрому расширению — «инфляции». Это было вызвано «инфляционным вакуумом», высокоэнергетической версией вакуума, который существует сегодня в космосе.
Подробнее о Большом Взрыве:
- Если бы мы сделали достаточно мощный телескоп, смогли бы мы теоретически увидеть свет Большого Взрыва?
- Что, если Большой Взрыв не был началом?
- Кто на самом деле обнаружил тепло Большого Взрыва?
Что было до Большого Взрыва?
Два столпа современной физики — общая теория относительности Эйнштейна и квантовая теория.