Что было до вселенной: время, которое идет вспять и зеркальная Вселенная

Что было до Большого взрыва / / Независимая газета

Реконструкция Вселенной до момента Большого взрыва.

Считается, что применительно к нашей Вселенной геометрическая сфера не совсем верно отражает реальность. В формате 4D, то есть в своем историческом развитии на протяжении почти 14 млрд лет, Вселенная напоминает скорее эдакий расширяющийся «бокал».

Научные открытия и тем более гипотезы не патентуются, но остаются в памяти коллег. Считается, что советский физик Георгий (Джордж) Гамов, эмигрировавший в 1930-е годы в Америку, первым сформулировал идею Большого взрыва (Big Bang). То есть момента, с которого началось развитие нашей Вселенной. Взрыв последовал за образованием сингулярности, или соединения в одной (сингулярной, от single – одинокий, единый) точке всей массы будущей Вселенной.

Всех этих слов Гамов не говорил, так как термин «сингулярность» появился много позже. Однако он, конечно же, знал о взрывах сверхновых. Но Гамов предположил существование космического микроволнового фона (СМВ – Cosmic Microwave Background), который и был со временем открыт. Позже выяснилась его анизотропия, неравномерность «нагрева». В СМВ, как оказалось, присутствуют «островки» – сгустки излучения более высокой температуры.

Затем было открыто расширение (экспансия) пространства. В конечном итоге очередную Нобелевскую премию вручили астрофизикам, которые доказали, что расширение идет к тому же с ускорением, которое и объясняет расширение космического «бокала», наблюдаемое сегодня.

Все это было весьма логично, особенно на фоне успехов, связанных с формулированием идеи сингулярности и исследованиями открытых в недрах галактик черных дыр, нейтронных звезд. Эти астрофизические объекты могут взрываться, давая яркие вспышки на небе. А могут и «схлопнуться» – коллапсировать с образованием черных дыр. Это приводит к искривлению лучей от далеких звезд, а также к существованию гравитационных волн, недавно зарегистрированных с помощью лазерных обсерваторий.

Все эти уникальные открытия вроде бы подтверждали «безумные» идеи знаменитого британского физика-теоретика Стивена Хокинга, предположившего существование не одной Вселенной, а сразу множества, Мультиверса. И вполне естественным на этом фоне кажется, что Вселенная существовала и до Big Bang. (Иначе чему было бы коллапсировать перед Большим взрывом.) По этому поводу идут нескончаемые споры и дискуссии. Однако все признают мистическую и пока неразрешимую и необъясненную загадку инфляции, последовавшей сразу же за Большим взрывом.

Инфляция, резкое «раздувание» возникшей Вселенной, произошла, согласно оценкам, за триллионные доли триллионных микросекунды. Возникла кварк-глюонная плазма, состоящая из отдельных кварков самой разной природы и пока еще не «склеивающих» их глюонов (от glue – клей). По мере охлаждения плазмы соединение «верхних» (up) и «нижних» (down) кварков дает протоны и нейтроны. Последние иногда начинают испускать «ядерные» электроны, причем левозакрученных больше, чем «правых».

Можно напомнить, что о расширении Вселенной впервые заговорил американский астроном Эдвин Хаббл, в честь которого был назван первый орбитальный телескоп. Именно телескоп Хаббла показал нам остатки сверхновой, образовавшие красивую «розетку» вокруг бывшей звезды. Причем астроном вел наблюдения, когда и радиотелескопов-то не было. Но тем не менее Хаббл обратил внимание на «воплощение» в небесных сферах допплеровского принципа изменения длины волн. В пространстве Вселенной оно проявляется так называемым красным смещением в спектре (Red Shift), которое тем больше, чем дальше от нас находится источник излучения.

К настоящему времени проект широкомасштабного исследования многоспектральных изображений и спектров красного смещения звезд и галактик при помощи 2,5-метрового широкоугольного телескопа в обсерватории Апачи-Пойнт (США), получивший название «Слоуновское цифровое обозрение неба» (Sloan Digital Sky Observer), накопил большой массив спектрографических данных от массивных галактик. Это позволило сотрудникам Астрофизического института на Канарах, что на острове Тенерифе, и Астрономической обсерватории Японии (PRD) реконструировать исходную Вселенную с помощью нового суперкомпьютера.

В комментариях ученых говорится, что им удалось обратить вспять космические часы – от мига инфляции и до сегодняшнего дня. По ходу дела компьютер «создал» 4 тыс. моделей развития вселенных, визуализировав их изменения под влиянием нелинейной гравитации. Свое возвращение «к истокам» авторы назвали созданием примордиальной Вселенной, максимально приближенной к стадии инфляции после Большого взрыва.

Ученые, заключая изложение своих результатов, пишут, что реконструкция играет важную роль как мера разумного ограничения при рассмотрении разных типов Вселенных вблизи инфляции. Возможно ведь, что некоторые черные дыры существовали еще до Big Bang. 

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».

А было ли что-нибудь до Большого взрыва?

Ефрем Левитан,
доктор педагогических наук
«Наука и жизнь» №5, 2012

У всего, что нас окружает, есть прошлое: у человечества, у растительного и животного мира, у атмосферы и океанов, у суши и у самой планеты Земля. Солнце немного старше Земли, а Галактика значительно старше Солнца. Значит, и у Земли, и у Солнца есть своё прошлое. Есть оно и у Галактики, которая появилась примерно 10–12 миллиардов лет назад. Казалось бы, всё просто и ясно, но если копнуть глубже, то простое и ясное сменяется непонятным, загадочным, таинственным…

Узнав о Большом взрыве, люди задумались: а что было до него? На первый взгляд это простой вопрос, который может возникнуть у каждого. Но в действительности это, пожалуй, самый трудный вопрос и ответить на него однозначно пока не смог никто. Такое положение, конечно, не устраивало учёных, ведь они привыкли рано или поздно находить ответы на самые разные, в том числе очень сложные вопросы. Взявшись за раскрытие главной тайны Вселенной — что было до Большого взрыва? — исследователи получили не один, а довольно много ответов, весьма странных и непонятных простым людям.

Главный из ответов сводился к тому, что до Большого взрыва не было вообще ничего. Получается, что Вселенная произошла из Ничего, что Ничто породило Всё! Невозможно себе даже представить, когда и почему такое могло произойти. Любой скажет, что из Ничего нельзя не только создать Вселенную, но и смастерить табуретку. Однако учёные настаивают на своём. Они, и в их числе знаменитый физик-теоретик из Англии Стивен Хокинг, говорят, что не просто придумали, будто Вселенная получилась из Ничего, а пришли к такому выводу в результате строгих математических расчётов, в которых пока никто не обнаружил ошибку. Когда-нибудь, считают они, им удастся узнать, что такое Ничто.

Возможно, Ничто — это отсутствие не только каких-нибудь небесных тел, атомов, любых элементарных частиц, но и самого пространства и времени. Возможно также, что в таинственном Ничто отсутствовали привычные нам формы вещества. Но это была не совсем пустота, и там происходили какие-то процессы, в результате которых могли возникать маленькие взрывы и в конце концов случился Большой взрыв. Чтобы найти подтверждение своей гипотезе, исследователи пытаются создать что-то похожее на Ничто. Они построили специальные камеры, из которых удалили частицы вещества, и понизили температуру, почти достигнув холода космического пространства. Оказалось, что получившееся Ничто на самом деле представляет собой Что-то и его можно исследовать различными способами.

И всё-таки очень многие не согласны с тем, что Вселенная произошла из Ничего. Противники этой гипотезы отвечают на вопрос, что было до Большого взрыва, по-разному. Главная идея сводится к тому, что Большой взрыв — выдающееся событие в истории Вселенной, но Вселенная существовала и до него. Пока мало что можно сказать о том, каким был этот «предок» нашей Вселенной, но можно предположить, что в его истории произошло нечто такое, что привело к Большому взрыву, породившему нашу Вселенную.

Есть, конечно, и другие мнения. Может быть, до Большого взрыва существовала Вселенная, похожая на нашу, а может быть, совсем не похожая. Можно предположить также, что до нашей Вселенной были хотя бы две другие вселенные, столкновение которых привело к Большому взрыву.

По мнению некоторых исследователей, Вселенная существует вечно и в её истории Большие взрывы сменяются Большими хлопками. Такие хлопки могли бы происходить, если бы расширение Вселенной сменялось сжатием. Наконец, можно предположить, и с этим соглашаются многие, что в начальный момент истории нашей Вселенной произошло поистине невероятное событие: новорождённая Вселенная стала стремительно разбухать и раздулась до огромных размеров, порождая «пузырьки», из которых одна за другой выросли разные вселенные. Так возникла Большая Вселенная, которую иначе называют Мегавселенной или Мультивселенной. Если это верно, то подобно тому, как наша Галактика — одна из миллиардов известных нам сегодня галактик, так и наша Вселенная — одна из множества совершенно не известных нам других вселенных.

Давайте пофантазируем и представим себе, что другие вселенные — такие же, как наша, или похожи на неё, то есть состоят из множества галактик, звёзд и планет. Планет так много, что наверняка на некоторых из них существует разумная жизнь. Их обитатели достигли очень высокого уровня развития и стали властителями своей галактики. Конечно, они научились летать со своих планет к далёким звёздам, вокруг которых движутся планеты, подобно тому как наша планета движется вокруг Солнца. Постепенно они освоили много планетных систем в своей галактике, встречаясь при этом, конечно, с местными инопланетянами.

Всё может быть и совершенно иначе, если в Большой Вселенной существуют вселенные, во всём не похожие на нашу. Даже фантастам трудно представить себе, что творится в этих вселенных, а если в них есть жизнь, то какова она, на что похожа и на какие чудеса способны её обитатели.

В невероятное верится с трудом или вообще не верится. Но разве легко было науке убедить людей в том, что, например, Земля — шар? Когда-то тех, кто говорил такое, считали глупцами, потому что только глупцы могли думать, что Земля не плоская. Все были уверены, что на шаре жить невозможно, потому что живущим «внизу» пришлось бы ходить вниз головой. Невозможно было поверить и в то, что Земля вращается вокруг Солнца. Ведь мы каждый день видим, как Солнце восходит, поднимается над горизонтом, а потом заходит. Создаётся полное впечатление, что Солнце движется вокруг Земли. Но сегодня каждый знает, что всё происходит наоборот: не Солнце движется вокруг Земли, а Земля вокруг Солнца. А потом выяснилось, что Солнце мчится вокруг центра нашей Галактики, а сама Галактика, как и множество других, тоже не стоит на месте, а мчится в беспредельно расширяющейся и разлетающейся во все стороны Вселенной.

Интересно, что через несколько десятков лет будут думать люди о том, что было до Большого взрыва?

Из книги «Самый-самый Большой взрыв».

Что было до Большого Взрыва? — Журнал The Universemagazine Space Tech

25.03.2022 20.04.2022

Согласно общепринятой теории Большого Взрыва, Вселенная образовалась из бесконечно плотного крошечного шара материи. Этот вселенский взрыв породил первые элементарные частицы, из которых затем образовались звезды и галактики. Но новые исследования в области теоретической физики недавно открыли возможное окно в очень раннюю Вселенную. По мнению теоретиков, может быть, не так уж и «рано».

Недавняя гипотеза предполагает, что наша Вселенная находится в одной из итераций цикла «взрыв-отскок». Фото: Unsplash

Недавняя гипотеза предполагает, что наша Вселенная находится на одной из итераций цикла «взрыв-отскок», который длится вечно. И, возможно, это только первый его цикл. Конечно, прежде чем физики решат отказаться от теории Большого взрыва в пользу цикла «взрыв-отскок», эти теоретические предсказания должны пройти проверку наблюдательными проверками.

Недостающая часть пазла

У ученых есть идеальная картина очень ранней Вселенной, известная нам как Теория Большого Взрыва. В этой модели давным-давно Вселенная была намного меньше, намного горячее и намного плотнее, чем сегодня. В тот ранний период 13,8 миллиарда лет назад все элементы, которые делают нас такими, какие мы есть, сформировались примерно в первые несколько минут жизни Вселенной. И все это родилось из компактного шара бесконечной плотности, размером с персик, и температуры более квадриллиона градусов.

Инфографика, показывающая эволюцию Вселенной от Большого Взрыва. Фото: Astrosprint

Удивительно, но эта фантастическая история подтверждается всеми современными наблюдениями. Астрономы сделали все, от наблюдения за остаточным электромагнитным излучением молодой Вселенной до измерения распространенности легчайших элементов. И они обнаружили, что все наблюдения совпадают с предсказаниями Большого Взрыва. Насколько мы можем судить, это точный портрет нашей ранней Вселенной. Но картина Большого взрыва неполна — отсутствует часть головоломки. И эта часть — самые ранние мгновения Вселенной. Это довольно большая часть.

Отсутствие современной физики для понимания Вселенной

Проблема в том, что физика, которую мы используем для понимания ранней Вселенной, представляет собой удивительно сложную мешанину из общей теории относительности и физики частиц высоких энергий. Но он может привести нас только к определенному пределу, прежде чем он рухнет. По мере того, как мы пытаемся погружаться все глубже и глубже в первые мгновения нашего космоса, математика становится все более и более сложной. Если мы пытаемся решить ее, она становится все более и более сложной, вплоть до того момента, когда она просто… заканчивается.

Главный признак, который нам еще предстоит исследовать, — это наличие «сингулярности». Это точка бесконечной плотности в начале Большого Взрыва. Если мы примем это за чистую монету, это говорит нам о том, что в какой-то момент Вселенная была сжата в бесконечно маленькую, бесконечно плотную точку. Это явно абсурд. На самом деле все говорит нам о том, что для решения этой проблемы нужна новая физика — наш нынешний набор инструментов для понимания Вселенной просто недостаточно хорош.

Чтобы спасти положение, нам нужна новая физика. Что-то, что может справиться с гравитацией и другими силами при сверхвысоких энергиях. И это именно то, за что претендует теория струн: физическая модель, способная справиться с гравитацией и другими силами в сочетании со сверхвысокими энергиями. Именно эта теория может объяснить самые ранние моменты Вселенной.

Что такое экпиротический сценарий?

Одной из самых ранних концепций теории струн является «Экпиротическая Вселенная», происходящая от греческого слова «огонь» или «пламя». В этом сценарии событие, известное нам как Большой взрыв, было вызвано чем-то еще, что произошло до него — Большой взрыв был не началом, а частью большего процесса.

Развитие экпиротического сценария привело к теории, опять же мотивированной теорией струн, под названием «циклическая космология». Удивительно, но идее постоянно повторяющейся Вселенной тысячи лет, и она предшествует современной физике. Но теория струн дала этой идее солидное математическое обоснование. Циклическая Вселенная движется именно так, как вы можете себе представить: она постоянно «прыгает» между Большими взрывами и Большим коллапсом. Вероятно, это происходит вечно и одинаково, как в прошлом, так и в будущем.

Что было до Большого Взрыва?

Ранние версии циклической модели почти не совпадали с наблюдениями. Главным препятствием было совпадение с нашими наблюдениями космического микроволнового фона — ископаемого света, оставшегося с тех времен, когда Вселенной было всего 380 тысяч лет. Ученым было трудно описать физику формирующегося космоса — картина просто рушилась.

Реликтовое излучение. Фото: Википедия

Однако экпиротический факел продолжал гореть долгие годы. В статье, опубликованной в марте 2020 года, исследуется недостаток математики и раскрываются некоторые ранее упущенные возможности. Два физика из Университета Макгилла в Канаде и авторы исследования Роберт Бранденбергер и Зивей Ванг обнаружили, что момент «отскока», когда наша Вселенная сжимается до невероятно малой точки и возвращается в состояние Большого взрыва, можно описать математически. чтобы получить правильный результат, проверенный наблюдением.

Таким образом, идея о том, что перед Большим взрывом был Большой «рикошет», который явился результатом коллапса некой «предыдущей» Вселенной, вполне имеет место быть. Но чтобы полностью проверить эту модель, нам придется дождаться нового поколения космологических экспериментов.

Большой взрыв Будущее Теория относительности Вселенной

Что было до Большого взрыва?, Алан Лайтман

В среду, 11 февраля 1931 года, Альберт Эйнштейн более часа встречался с небольшой группой американских ученых в уютной библиотеке Обсерватория Маунт Вилсон, недалеко от Пасадены, Калифорния. Предметом была космология, и Эйнштейн был готов сделать одно из самых важных заявлений в истории науки.

Благодаря давно подтвержденным теориям относительности и гравитации и десятилетней давности получения Нобелевской премии, он стал самым известным ученым в мире. «Фотографы бросились на меня, как голодные волки», — записал он в своем дневнике, когда два месяца назад его корабль приземлился в Нью-Йорке.

Фотографии Томаса Аллена

В течение многих лет Эйнштейн, подобно Аристотелю и Ньютону до него, настаивал на том, что Вселенная — это величественный и бессмертный собор, установленный на всю вечность. На этой картине время движется от бесконечного прошлого к бесконечному будущему, и между ними мало что меняется. Когда видный бельгийский ученый предложил в 1927 что Вселенная росла, как расширяющийся воздушный шар, Эйнштейн назвал эту идею «отвратительной».

Однако к 1931 году великий физик столкнулся с телескопическими свидетельствами того, что далекие галактики находятся в полете. Возможно, еще более убедительно, что его математическая модель статической Вселенной была подобна карандашу, балансирующему на острие: слегка подтолкните его, и он начнет двигаться. Прибыв в Пасадену, Эйнштейн был готов признать, что космос находится в постоянном движении. Он сказал собравшимся в библиотеке мужчинам в костюмах и галстуках, что наблюдаемое движение галактик «сломало мою старую конструкцию, как удар молота». Затем он взмахнул рукой, чтобы подчеркнуть эту мысль.

Из осколков этого удара молота возникла космология Большого взрыва: идея о том, что Вселенная не статична и не вечна — что она «началась» около 14 миллиардов лет назад в состоянии чрезвычайно высокой плотности и расширялась. и с тех пор истончается. Согласно современным данным, наша Вселенная будет расширяться вечно.

Шон Кэрролл, профессор физики Калифорнийского технологического института, космолог Большого взрыва. Он также является одним из небольшого отряда физиков, называющих себя квантовыми космологами. Он хочет знать, что произошло в самый первый момент Большого взрыва, существовало ли до него время или что-то еще, и как мы можем отличить будущее от прошлого. Такие коренные вопросы физики, серьезно поставленные лишь недавно, можно уподобить Декарту, требующему доказательств своего существования.

Квантовая космология — спекулятивная работа, но Кэрролл объяснил ее привлекательность: «Это большой риск, большая прибыль». У нас еще нет полной теории гравитации, пространства и времени в квантовую эру. Тем не менее некоторые из самых проницательных физиков, включая Стивена Хокинга, Андрея Линде и Александра Виленкина, размышляли над этим вопросом. Это крошечное поле, не для робких. Первая трудность заключается в том, что рождение нашей вселенной было разовым событием, и нас в зале не было. Понимание самого начала Вселенной также требует понимания так называемой квантовой гравитации: гравитации при чрезвычайно высоких плотностях материи и энергии, которые невозможно воспроизвести. Большинство физиков считают, что в эту квантовую эру вся наблюдаемая Вселенная была примерно в миллион миллиардов миллиардов раз меньше одного атома. Температура была почти миллион миллиардов миллиардов миллиардов градусов. Время и пространство бурлили, как кипящая вода. Конечно, такие вещи невообразимы. Но физики-теоретики пытаются представить их в математической форме, с помощью карандаша и бумаги. Каким-то образом время, каким мы его знаем, возникло в этом фантастически плотном самородке. А может быть, время уже существовало, и возникла «стрела» времени, указывающая в будущее.

Физики надеются, что в течение следующих пятидесяти лет или около того теория струн или другие новые теоретические работы обеспечат хорошее понимание квантовой гравитации, включая объяснение того, как возникла Вселенная. До тех пор квантовые космологи будут обсуждать свои гипотезы, каждая из которых будет подкреплена страницами расчетов.

Когда я связался с Кэрроллом по скайпу, он был в толстовке и джинсах в уютном кабинете своего дома в Лос-Анджелесе. Меня разместили в непригодной для проживания гостевой комнате моего дома в Конкорде, штат Массачусетс: по космологическим меркам практически по соседству. Кэрролл является красноречивым толкователем науки, а также уважаемым физиком — он написал научные статьи с такими названиями, как «Что, если время действительно существует?» — и говорит о любимом предмете с явным удовольствием. Ему сорок девять лет, бочкообразный, с пухлыми щеками, подбородком, копной рыжеватых волос и озорным школьным блеском в глазах.

Кэрролл одержим относительной гладкостью и порядком Вселенной. Порядок в физике имеет конкретное значение. Его можно измерить количественно. Кроме того, условия беспорядка более вероятны, чем условия порядка, точно так же, как колода карт, однажды перетасованная, с большей вероятностью будет перемешана, чем точно расставлена ​​по номерам и мастям. Применяя эти соображения к космосу в целом, физики предположили, что, учитывая количество существующей материи, мы должны ожидать, что Вселенная будет гораздо более беспорядочной и комковатой, чем она есть. Наблюдаемая Вселенная состоит примерно из 100 миллиардов галактик, но если рассматривать ее на достаточно большом пространстве, она выглядит однородной, как песок на пляже. Любой большой объем пространства выглядит примерно как любой другой. Гораздо вероятнее, говорят физики, увидеть, что тот же самый материал сконцентрирован в гораздо меньшем количестве сверхбольших галактик, или в больших скоплениях галактик, или, возможно, даже в одной массивной черной дыре — аналогично всему песку на Земле. пляж сосредоточен в нескольких кремниевых валунах.

Невероятная гладкость наблюдаемой Вселенной, в свою очередь, указывает на необычайно чистые условия вблизи Большого взрыва. Мы не понимаем, почему. Но порядок и гладкость, известные физикам как состояние низкой энтропии, являются подсказкой. «Я твердо верю, что низкая энтропия ранней Вселенной — это загадка, которую широкое космологическое сообщество не воспринимает так серьезно, как следовало бы», — сказал мне Кэрролл. «Подобные недоразумения открывают возможности для новых прорывов».

Кэрролл и другие физики считают, что порядок тесно связан со стрелой времени. В частности, поступательное направление времени определяется движением порядка к беспорядку. Например, фильм о стеклянном кубке, падающем со стола и разбивающемся об пол, показался бы нам нормальным; если бы мы увидели фильм с разбросанными осколками стекла, отскакивающими от пола и собирающимися в кубок, стоящий на краю стола, мы бы сказали, что фильм проигрывается в обратном направлении. Точно так же чистые комнаты, оставленные без присмотра, со временем становятся пыльными, а не чище. То, что мы называем будущим, — это состояние растущего беспорядка; то, что мы называем прошлым, — это повышение чистоты. Наша способность легко различать их показывает, что время в нашем мире имеет четкое направление. Время также имеет четкое направление в космосе в целом. Звезды излучают тепло и свет, медленно расходуют свое ядерное топливо и, наконец, превращаются в холодный пепел, дрейфующий в космосе. Никогда не бывает обратного.

Что возвращает нас к неожиданной упорядоченности нашей вселенной. Работая с Аланом Гутом, космологом-первопроходцем из Массачусетского технологического института, Кэрролл разработал еще не опубликованную теорию под названием «Двухголовое время». В этой модели Вселенной время существовало вечно. Но в отличие от статичного космоса, воображаемого Аристотелем, Ньютоном и Эйнштейном, эта вселенная меняется с течением времени. Эволюция космоса симметрична во времени, так что поведение Вселенной до Большого взрыва почти зеркально отражает ее поведение после. Еще 14 миллиардов лет назад Вселенная сжималась. Она достигла минимального размера во время Большого взрыва (который мы называем t = 0) и с тех пор расширяется. (Другие квантовые космологи предложили аналогичные модели.) Это похоже на Слинки, который падает на пол, достигает максимального сжатия при ударе, а затем отскакивает обратно в большие размеры. Из-за неизбежных случайных флуктуаций, требуемых квантовой физикой, сжимающаяся Вселенная не будет точным зеркальным отражением расширяющейся Вселенной; физика по имени Алан Гут, вероятно, не существовало в фазе сжатия нашей Вселенной.

В науке о порядке и беспорядке хорошо известно, что при прочих равных большие пространства допускают больший беспорядок, главным образом потому, что есть больше мест, где можно разбросать вещи. Таким образом, в небольших пространствах больше порядка. Как следствие, на картине Кэрролла-Гута порядок Вселенной был на уровне , максимум при Большом взрыве; расстройство усиливалось как до, так и после. Напомним, что поступательное направление времени определяется движением порядка к беспорядку. Таким образом, будущее указывает в сторону от Большого взрыва в двух направлениях. Человек, живущий в сжимающейся фазе Вселенной, видит Большой Взрыв в ее прошлом так же, как и мы. Когда она умрет, вселенная будет больше, чем когда она родилась, так же, как и для нас. «Когда я понял, что причина, по которой я могу помнить прошлое, но не будущее, в конечном итоге связана с условиями Большого взрыва, это было поразительным прозрением», — сказал Кэрролл.

Если вы думаете о времени как о длинной дороге, а о Большом Взрыве как о выбоине где-то на этой дороге, то знак у выбоины, указывающий вам направление в будущее, будет иметь две стрелки, указывающие в противоположных направлениях. Отсюда и название «Двухголовое время». Рядом с самой выбоиной, зажатой между двумя стрелами, время не имело бы четкого направления. Время будет сбито с толку. В субатомной версии кубков и домов осколки стекла отскакивали от пола, образуя кубки так же часто, как эти кубки падали и разбивались. Оставленные без присмотра дома становились бы аккуратнее по мере того, как они становились бы более захламленными. Оба фильма были бы одинаково знакомы любому субатомному существу, живущему во время Большого Взрыва.

Согласно Кэрроллу и Гуту, теория Двуглавого Времени может стать еще более сложной и странной. Точка минимального размера и максимального порядка Вселенной могла быть не Большим взрывом нашей вселенной , а Большим взрывом другой вселенной , своего рода великой протовселенной. Наша вселенная и, возможно, бесконечное число вселенных могли быть порождены этой родительской вселенной, и каждая из вселенных могла иметь свой собственный Большой взрыв. Процесс порождения новых вселенных из родительской вселенной называется вечной инфляцией. Идея была развита квантовыми космологами в начале 19 века.80-е годы. Короче говоря, необычное энергетическое поле (но разрешенное физикой) в протовселенной действует подобно антигравитации и вызывает экспоненциально быстрое расширение. Это необычное энергетическое поле имеет разную силу в разных областях пространства. Каждая такая область расширяется до космических масштабов, а энергетическое поле становится обычной материей, образуя новую вселенную, замкнутую и полностью не имеющую связи с породившей ее протовселенной.

Вторая основная гипотеза состоит в том, что Вселенная и время не существовали до Большого Взрыва. Вселенная материализовалась буквально из ничего, в крошечном, но конечном размере, а затем расширилась. Не было мгновений до момента наименьшего размера, потому что не было «до». Точно так же не было «сотворения» вселенной, поскольку это понятие подразумевает действие во времени. Даже сказать, что Вселенная «материализовалась», несколько вводит в заблуждение. Как описывает это Хокинг, Вселенная «не будет ни создана, ни уничтожена. Это просто БЫЛО бы». Такие понятия, как существование и бытие в отсутствие времени, непостижимы в рамках нашего ограниченного человеческого опыта. У нас даже нет языка, чтобы описать их. Почти в каждом предложении, которое мы произносим, ​​есть какое-то понятие «до» и «после».

Одним из первых квантовых космологов, предположивших, что Вселенная могла возникнуть из ничего, был Александр Виленкин, украинский ученый, приехавший в Соединенные Штаты в 1976 году, когда ему было около двадцати пяти лет. Сейчас он профессор физики в Университете Тафтса. Когда я посетил его в его кабинете жарким июльским днем, он был одет в сандалии и свободную черную рубашку. Его единственное окно выходило на унылое кирпичное здание через улицу. «Вид из моего предыдущего офиса был лучше», — сказал он. Коробки с нераспакованными книгами валялись на полу; на его книжной полке стояла кукла Эйнштейна, подаренная ему дочерью.

В Советском Союзе прием Виленкина в аспирантуру по физике был отменен, возможно, по наущению КГБ. Перед эмиграцией он работал ночным сторожем в зоопарке, что давало ему достаточно времени для размышлений о космологии. В США Виленкин защитил докторскую диссертацию. в биофизике. «Я параллельно занимался космологией, — сказал он. «В то время это не было авторитетной областью исследований». Виленкин — серьезный человек, который, в отличие от многих физиков, мало шутит и очень серьезно относится к своей работе о Вселенной при t = 0. «Для создания Вселенной из квантового туннелирования не требуется никакой причины, — говорит он, — но законы физики должны присутствовать». Вкратце, мы болтаем о том, что значит «там», когда время и пространство еще не существуют. На этот счет Виленкин любит цитировать святого Августина, которого часто спрашивали, что делал Бог до того, как сотворил вселенную. В его Исповедь, Августин ответил, что, поскольку Бог создал время, когда Он создал вселенную, не было «до».

Когда Виленкин говорит о квантовом туннелировании, он имеет в виду жуткое явление в квантовой физике, когда объекты могут совершать такие магические действия, как мгновенное появление на дальнем склоне горы, не путешествуя по вершине. Эта загадочная способность, подтвержденная в лаборатории, следует из того факта, что субатомные частицы ведут себя так, как будто они могут находиться во многих местах одновременно. Квантовое туннелирование распространено в крошечном мире атомов, но крайне маловероятно в нашем человеческом мире. Это никогда не наблюдалось в больших масштабах, что объясняет, почему это явление кажется таким абсурдным. Но в квантовую эру космологии, очень близко к t = 0, вся Вселенная была размером с субатомную частицу. Таким образом, вся Вселенная могла «внезапно» появиться из того места, где происходят вещи, в непостижимой квантовой дымке вероятностей. (Я взял «внезапно» в кавычки, потому что времени не существовало, но я только сейчас понял, что в этом самом предложении я использовал глагол «сделал», который является прошедшим временем от «делать»…)

Что значит сказать, что вся вселенная была подобна субатомной частице, существующей в сумеречном мире кванта? Джеймс Хартл, ведущий квантовый космолог из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, вместе с Хокингом разработал одну из самых подробных моделей Вселенной «во время» квантовой эры около Большого взрыва. Время нигде не фигурирует в уравнениях Хартла и Хокинга. Вместо этого они используют квантовую физику для вычисления вероятности определенных моментальных снимков Вселенной.

Несмотря на то, что Хартл является экспертом в области квантовой теории, он признает, что его сбивает с толку применение квантовой физики ко Вселенной в целом. «Для меня остается загадкой, — сказал он, — почему у нас есть квантовая механика, когда существует только одно состояние Вселенной». Другими словами, почему должны существовать вероятности существования альтернативных состояний Вселенной, если мы живем только в одном? И действительно ли эти альтернативные условия где-то существуют?

Квантовые космологи знают о широком философском и богословском отзвуке своей работы. Как говорит Хокинг в Краткая история времени, Многие люди верят, что Бог, позволив вселенной развиваться в соответствии с фиксированными законами природы, был исключительно ответственен за завод часов в начале и за выбор способа их приведения в движение. Собственная теория Хокинга дает объяснение того, как Вселенная могла закрутиться — его метод расчета ранних снимков Вселенной не зависит от начальных условий, границ или чего-либо вне самой Вселенной. Ледяных правил квантовой физики вполне достаточно. «Какое же место для творца?» — спрашивает Хокинг. Лоуренс Краусс, физик, приходит к такому же выводу в своей книге 9.0071 Вселенная из ничего, , в которой он утверждает, что достижения в области квантовой космологии показывают, что Бог в лучшем случае не имеет значения.

Можно было бы ожидать, что большинство квантовых космологов будут атеистами, как и большинство ученых. Но Дон Пейдж, ведущий квантовый космолог из Университета Альберты, также является христианином-евангелистом. Пейдж — мастер вычислений. Когда мы с ним учились в аспирантуре по физике в Калифорнийском технологическом институте, он обычно тихонько доставал тонкое перо всякий раз, когда сталкивался с трудной физической задачей. Не вздрагивая и не останавливаясь, он строчил одно уравнение за другим в густой путанице математических вычислений, пока не пришел к ответу. Хотя он сотрудничал с Хокингом в крупных работах, Пейдж расходится с ним в вопросе о Боге. Недавно он сказал мне: «Как христианин, я думаю, что вне вселенной есть существо, которое создало вселенную и стало причиной всех вещей. Бог является истинным творцом. Вся вселенная создана Богом». В гостевой колонке в блоге Кэрролла (который называется «Нелепая вселенная») Пейдж звучит одновременно и как ученый, и как теист:

Можно было бы подумать, что добавление гипотезы о том, что мир (все, что существует) включает в себя Бога, сделало бы теорию для всего мира более сложной, но это не очевидно, поскольку, возможно, Бог даже проще, чем вселенной, так что можно было бы получить более простое объяснение, начиная с Бога, чем начиная только со вселенной.

Примечательно, что большинство квантовых космологов не верят, что что-то вызвало создание Вселенной. Как сказал мне Виленкин, квантовая физика может выдвинуть гипотезу о Вселенной без причины — точно так же квантовая физика может показать, как электроны могут беспричинно менять орбиты в атоме. В квантовом мире нет определенных причинно-следственных связей, есть только вероятности. Кэрролл выразился так: «В повседневной жизни мы говорим о причине и следствии. Но нет причин применять это мышление ко вселенной в целом. Я никоим образом не чувствую себя неудовлетворенным, просто говоря: «Вот так оно и есть»» 9.0007

Представление о событии или состоянии бытия без причины сильно противоречит сути науки. На протяжении веков ученые пытались объяснить все события как логическое следствие предшествующих событий. Пейдж утверждает, что при происхождении нашей Вселенной — будь то в модели Двуглавого Времени или в модели Вселенной из ничего — не было четкого различия между причиной и следствием. Пейдж и другие физики отмечают, что если причинность может раствориться в квантовой дымке происхождения Вселенной, то есть основания сомневаться в ее прочности даже в том мире, в котором мы живем, спустя много времени после Большого взрыва, который, несомненно, является частью того же самого мира. реальность. «Причинность во Вселенной не является фундаментальной», — сказал Пейдж. «Это приблизительная концепция, полученная из нашего опыта взаимодействия с миром». Строгая причинность может быть иллюзией, способом для нашего мозга и нашей науки осмыслить мир. Но без строгой причинно-следственной связи как мы можем взять на себя ответственность за свои действия? Трещина в мраморном основании причинно-следственной связи может поколебать философию, религию и этику.

Квантовая космология привела нас к вопросам о фундаментальных аспектах существования и бытия, вопросам, которые большинство из нас редко задает. В наш короткий век или меньше мы обычно стремимся создать комфортное существование в крошечных комнатах нашей жизни. Мы едим, спим, устраиваемся на работу, оплачиваем счета, у нас есть любовники и дети. Некоторые из нас строят города или занимаются искусством. Но если у нас есть роскошь истинной свободы ума, можно найти и более серьезные проблемы. Посмотри на небо. Пространство продолжается вечно, до бесконечности? Или она конечна, но не имеет ни границы, ни края, как поверхность сферы? Любой ответ тревожен и непостижим. Откуда мы пришли? Мы можем проследить жизнь наших родителей, бабушек и дедушек и их родителей назад во времени, назад и вперед через поколения, пока не придем к какому-то предку десять тысяч лет назад, чья ДНК остается в нашем теле. Мы можем проследить цепочку бытия еще дальше во времени от первых людей и первых приматов, и одноклеточных амеб, плавающих в первичных морях, и образования атмосферы, и медленной конденсации газов для создания Земля. Все случилось, думаем мы об этом или нет. Мы быстро осознаем, насколько мы ограничены в нашем восприятии мира. То, что мы видим и чувствуем своими телами, застряв на полпути между атомами и галактиками, — это всего лишь небольшая полоса спектра, кусочек реальности.

В 1940-х годах американский психолог Абрахам Маслоу разработал концепцию иерархии потребностей человека. Он начал с самых примитивных и настоятельных требований, а закончил самыми высокими и передовыми. Внизу пирамиды находятся физические потребности для выживания, такие как пища и вода. Далее — безопасность. Выше любовь и принадлежность, затем самооценка. Высшая из предложенных Маслоу потребностей, самоактуализация, — это желание получить от себя максимум, быть лучшими, какими мы можем быть. Я бы предложил добавить еще одну категорию на самый верх пирамиды, даже выше самоактуализации: воображение и исследование. Разве не эта потребность двигала вперед Марко Поло, Васко да Гаму и Эйнштейна? Необходимость воображать новые возможности, потребность выйти за пределы самих себя и понять мир вокруг нас. Не для того, чтобы помочь себе с физическим выживанием, личными отношениями или самопознанием, а для того, чтобы узнать и понять этот странный космос, в котором мы находимся. Необходимость задавать действительно важные вопросы. Как все началось? Далеко за пределы нашей собственной жизни, далеко за пределы нашего общества, нашей нации, нашей планеты или даже нашей Солнечной системы. Как началась Вселенная? Это роскошь — иметь возможность задавать такие вопросы. Это еще и человеческая потребность.

Что существовало до Большого Взрыва? Что-то должно было быть там, чтобы взорваться?

Это статья из серии «Любопытные дети» для детей. Разговор просит детей присылать вопросы, на которые они хотели бы получить ответ от эксперта. Приветствуются любые вопросы – серьезные, странные или дурацкие! Вам также может понравиться подкаст Imagine This, созданный совместно ABC KIDS listen и The Conversation на основе Curious Kids.

Что существовало до большого взрыва? Что-то должно было быть там, чтобы взорваться? – Итан, 10 лет, Сидней.

Итан, что за вопрос. Честно говоря, мы не уверены, что было до Большого взрыва. Вся идея «до» не так проста, как кажется — как мы скоро обнаружим.

Но перед тем, как мы погрузимся в головокружение, отвечая на ваш великий вопрос, давайте вернемся к началу нашей Вселенной почти 14 миллиардов лет назад.

Читать далее:
Любознательные дети: с чего начался Большой взрыв?

Большой взрыв был не взрывом металлических осколков, как в фейерверке, а быстрым расширением самого пространства .
Алекс Симс/Викисклад

Краткий обзор начала

Большой взрыв на самом деле не был взрывом. Это не был взрыв металлических осколков, как в фейерверке, или какого-либо материала; но быстрое расширение самого пространства .

В начале Вселенная была бесконечно мала. Все вокруг нас — вещество, из которого состоят галактики, звезды, планеты, я и вы — было сжато вместе, создавая то, что известно как сингулярность. Сингулярность определяется как «точка в пространстве-времени, где законы физики, какими мы их знаем, нарушаются».

По какой-то причине эта сингулярность быстро распространилась во Вселенную, которую мы теперь называем домом.

После этого быстрого расширения наша Вселенная начала остывать, оставив во Вселенной узор, известный как Космический Микроволновый Фон.

Оставшееся после Большого взрыва излучение говорит нам, как началась наша Вселенная, и может привести нас к тому, что было до нее.
НАСА / Научная группа WMAP

Итак, если Большой Взрыв вызвал Космический Микроволновый Фон, что-то еще вызвало Большой Взрыв?

Время раньше времени?

Ваш вопрос касается важной идеи в физике, которую мы называем причинностью .

В окружающем нас мире все следствия должны иметь причину. Возьмем, к примеру, упавшее дерево. Может, свирепая буря повалила дерево. Или, может быть, его спилил сумасшедший с бензопилой.

Но если бы вы приблизились к квантовому миру атомов (крошечных кирпичиков всего сущего), вы бы заметили нечто совсем другое. В этом квантовом мире эффекты могут происходить без какой бы то ни было причины.

Хронология нашей Вселенной.
Научная группа НАСА / WMAP

Давным-давно, в далеком прошлом, вся наша Вселенная была микроскопической – как атом. Поскольку некоторые эффекты в микроскопическом мире не требуют причин, вполне возможно, что не было никакой причины для начала Большого Взрыва!

Все может стать еще более странным. Также возможно, что времени не существовало до Большого взрыва. Так что может не иметь смысла спрашивать, что было «до». Это все равно, что спросить: «Какая часть Земли находится к северу от Северного полюса?». Северный полюс — это самая северная точка на Земле, поэтому к северу от нее нигде нет.

Философствующий белый медведь, возможно, уже решил загадку «что находится к северу от Северного полюса?»
Фото ВМС США, сделанное старшим йоменом Альфонсо Брэггсом.

Но что, если что-то существовало до Большого Взрыва?

Начало начала

Некоторые ученые предполагают, что наша Вселенная является переработанным результатом умирания и разрушения другой Вселенной. Это известно как «Большой отскок». Эта коллапсирующая Вселенная встретится с сингулярностью, прежде чем отскочить обратно, вызвав Большой взрыв и запустив совершенно новую вселенную.

В таком случае гравитация должна не только остановить растяжение Вселенной, но и вернуть все в ней в одну точку. К сожалению, текущие наблюдения показывают нам, что наша Вселенная не будет следовать этой тенденции, поскольку она растягивается быстрее, чем когда-либо прежде.