Как возникла вселенная: Физики объяснили, как возникла Вселенная |

Содержание

«Всё из ничего: как возникла Вселенная»

Откуда взялась Вселенная? Что было до нее? Чего ждать в будущем? Физик Лоуренс Краусс предпринимает попытку доступно ответить на эти вопросы. Его новая книга «Всё из ничего: Как возникла Вселенная» выходит в издательстве «Альпина Нон-фикшн». По этому поводу N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком из нее, в котором Краусс объясняет, почему в далеком будущем нашу галактику окружит пустое и неизменное пространство, а ученые не найдут никаких следов расширения Вселенной.

Наше печальное будущее

В каком-то смысле обнаружить, что живешь во Вселенной, где всем правит ничто, интересно и восхитительно. Структуры, которые мы видим, вроде звезд и галактик, возникли из ничего в результате квантовых флуктуаций. В среднем полная ньютоновская гравитационная энергия каждого объекта во Вселенной равна — ничему. Наслаждайтесь этой мыслью, пока есть возможность, поскольку, если все это правда, мы живем чуть ли не в самой худшей из вселенных, по крайней мере с точки зрения будущего всех живых организмов.

Вспомним, что всего 100 лет назад Эйнштейн разработал ОТО. Тогда все считали, что наша Вселенная неизменна и вечна. Более того, Эйнштейн не просто высмеял Леметра за предположение о Большом взрыве, но даже выдумал космологическую постоянную, лишь бы сохранить стационарную модель Вселенной.

Сейчас, по прошествии века, мы, ученые, можем гордиться, что открыли столько фундаментального — и расширение Вселенной, и реликтовое излучение, и темное вещество, и темную энергию.

Но что таит в себе будущее?

А будущее наше очень поэтично. Если можно так выразиться.

Вспомним: вывод о том, что в расширении нашей Вселенной доминирует энергия пустого на первый взгляд пространства, делается на основании того факта, что расширение происходит с ускорением. И, как и ранее обстояло с инфляцией и как описано в предыдущей главе, наша наблюдаемая Вселенная стоит на пороге расширения со скоростью больше скорости света. А со временем из-за расширения с ускорением все станет только хуже.

Это означает, что чем дольше мы будем ждать, тем меньше сможем видеть. Галактики, которые мы видим сейчас, в один прекрасный день начнут удалятся от нас со сверхсветовой скоростью, а это значит, что они станут для нас невидимыми: свет, который они испускают, не сможет преодолеть расширяющееся пространство и никогда до нас не долетит. Эти галактики исчезнут с нашего горизонта.

Произойдет это не совсем так, как вы, возможно, себе представляете. Галактики не то чтобы вдруг погаснут и вмиг исчезнут с ночного неба. Просто по мере приближения скорости их удаления к скорости света будет увеличиваться красное смещение. В конце концов весь видимый свет от них сдвинется в инфракрасное, микроволновое, затем радиоизлучение и так далее до тех пор, пока длина волны света, который они испускают, не станет больше размера видимой Вселенной, и в этот момент их можно будет официально признать невидимыми.

Можно посчитать, сколько времени это займет. Поскольку галактики в нашем скоплении связаны взаимным гравитационным притяжением, они не удаляются от нас в связи с фоновым расширением Вселенной, которое открыл Хаббл. Галактики за пределами нашей группы находятся примерно на 1/5000 расстояния до той точки, где скорость удаления объектов приближается к световой. Чтобы туда добраться, у них уйдет около 150 млрд лет, примерно в 10 раз больше нынешнего возраста Вселенной, и тогда весь свет от звезд в этих галактиках сдвинется в красную сторону примерно в 5000 раз. Примерно через 2 трлн лет их свет сдвинется в красную сторону настолько, что длина его волны станет равна размеру видимой Вселенной — и вся остальная часть Вселенной буквально исчезнет.

Казалось бы, 2 трлн лет — большой срок. Так и есть. Однако с космической точки зрения это отнюдь не вечность. Самые долгоживущие звезды главной последовательности (у которых такая же эволюционная история, как и у нашего Солнца) проживут гораздо дольше Солнца и через 2 трлн лет будут еще вовсю светить (в то время как наше Солнце погибнет всего через 5 млрд лет). Так что в отдаленном будущем на планетах вокруг этих звезд вполне могут быть цивилизации, черпающие энергию от своих светил, с водой и органическими соединениями. И астрономы с телескопами тоже вполне могут быть. Посмотрят они в космос — а там все, что мы видим сейчас, все 400 млрд галактик, составляющих на сегодня нашу видимую Вселенную, возьмут и исчезнут!

Я пытался донести этот довод до Конгресса, чтобы убедить его увеличить финансирование космологических исследований прямо сейчас, пока у нас еще есть время наблюдать все это. Однако для конгрессмена даже два года — долгий срок, а уж на 2 трлн лет вперед он заглянуть просто не в состоянии.

Так или иначе астрономов далекого будущего ждал бы большой сюрприз, если бы только они знали, что теряют. Но этого они знать не будут. Как несколько лет назад выяснили мы с коллегой Робертом Шеррером из Университета Вандербильта, исчезнет не только вся остальная Вселенная — по существу, исчезнут и все свидетельства, которые говорят нам сегодня, что мы живем в расширяющейся Вселенной, начавшейся с Большого взрыва, вместе со всеми свидетельствами существования в пустом пространстве темной энергии, которую можно было бы обвинить в этой пропаже.

А ведь не прошло и 100 лет с тех пор, когда все считали, что Вселенная неизменна и вечна, то есть звезды и планеты появляются и исчезают, но на больших масштабах Вселенная остается как была. Получается, что в далеком будущем, когда от нашей планеты и цивилизации, скорее всего, не останется даже праха на свалке истории, иллюзия, которую наша цивилизация разделяла до 1930-х гг., вернется и отомстит за себя сторицей.

К эмпирическому доказательству Большого взрыва привели три основные вехи — три наблюдения, благодаря которым, даже если бы на свете не было ни Эйнштейна, ни Леметра, нам все равно волей-неволей пришлось бы признать, что Вселенная в самом начале была плотной и горячей. Это наблюдения расширения Вселенной, которые проделал Хаббл; это наблюдения космического микроволнового фона; это соответствие наблюдаемой распространенности во Вселенной легких элементов — водорода, гелия и лития — тем количествам, которые должны были возникнуть в первые несколько минут истории Вселенной.

Начнем с хаббловского расширения Вселенной. Откуда мы знаем, что Вселенная расширяется? Мы измерили скорость удаления далеких объектов в зависимости от расстояния до них. Но, когда все видимые объекты вне нашего галактического скопления (в котором все мы связаны узами гравитации) исчезнут за горизонтом, не останется никаких следов расширения, которые наблюдатели могли бы зарегистрировать, — ни звезд, ни галактик, ни квазаров, ни даже огромных газовых облаков. Расширение достигнет таких масштабов, что вынесет из нашего поля зрения все объекты, которые от нас удаляются.

Более того, на масштабе менее 1 трлн лет все галактики в нашей местной группе слипнутся в своего рода огромную сверхгалактику. Наблюдатели в далеком будущем увидят примерно то же самое, что мы могли увидеть в 1915 г.: одну-единственную галактику, в которой находится их звезда и их планета, окруженную обширным пустым и неизменным пространством.

Напомню также, что все свидетельства того, что пустое пространство обладает энергией, мы получаем из наблюдений темпа, с которым ускоряется расширение нашей Вселенной. А без признаков расширения понять, что оно еще и ускоряется, будет невозможно. Вообще-то по странному совпадению мы живем в ту единственную эпоху истории Вселенной, когда наличие темной энергии, наполняющей пустое пространство, в принципе довольно легко зарегистрировать. Конечно, эта эпоха длится несколько сотен миллиардов лет, но в вечно расширяющейся Вселенной это всего лишь мгновение космического ока.

Если мы предположим, что энергия пустого пространства относительно постоянна, как было бы в случае космологической постоянной, то в гораздо более ранние времена плотность энергии вещества и излучения значительно превосходила бы плотность энергии пустого пространства — просто потому, что при расширении Вселенной плотность вещества и излучения снижается, поскольку растет расстояние между частицами, поэтому в заданном объеме остается меньше объектов. В более ранние времена, скажем 5–10 млрд лет назад, плотность вещества и излучения была гораздо больше, чем сегодня. Поэтому во Вселенной тогда и раньше преобладали вещество и излучение со своим гравитационным притяжением. Расширение Вселенной в те ранние времена замедлялось, а гравитационное воздействие энергии пустого пространства невозможно было бы зарегистрировать.

По тем же соображением в далеком будущем, когда Вселенной исполнится несколько сотен миллиардов лет, плотность вещества и излучения станет еще меньше, и можно подсчитать, что средняя плотность темной энергии будет превосходить плотность всего оставшегося во Вселенной вещества и излучения намного более, чем в тысячу миллиардов раз. К этому времени она будет полностью управлять гравитационной динамикой Вселенной на больших масштабах. Однако в эту позднюю эпоху ускоренное расширение Вселенной станет невозможно пронаблюдать. В этом смысле энергия пустого пространства по самой своей природе обеспечивает определенный, конечный отрезок времени, в который его можно наблюдать, и мы, что примечательно, живем именно в этот космологический момент.

Подробнее читайте:
Краусс, Лоуренс. Всё из ничего: Как возникла Вселенная / Лоуренс Краусс ; Пер. с англ. [Анастасия Бродоцкая и Наталья Лисова, под научной редакцией Игоря Лисова] — М.: Альпина нон-фикшн, 2019. — 283 с.

Как появилась Вселенная?

Одним из основных вопросов, которые не выходят из сознания человека, всегда был и является вопрос: «как появилась Вселенная?». Конечно же, однозначного ответа на данный вопрос нет, и вряд ли будет получен в скором времени, однако наука работает в этом направлении и формирует некую теоретическую модель зарождения нашей Вселенной. Прежде всего следует рассмотреть основные свойства Вселенной, которые должна описываться в рамках космологической модели:

Модель должна учитывать наблюдаемые расстояния между объектами, а также скорость и направление их движения. Подобные расчеты основываются на законе Хаббла: cz = H₀D, где z – красное смещение объекта, D – расстояния до этого объекта, c – скорость света.
Возраст Вселенной в модели должен превышать возраст самых старых в мире объектов.
Модель должна учитывать первоначальное обилие элементов.
Модель должна учитывать наблюдаемую крупномасштабную структуру Вселенной.
Модель должна учитывать наблюдаемый реликтовый фон.

Крупномасштабная структура Вселенной

Далее рассмотрим подробнее наиболее популярные в научном сообществе концепции зарождения мира.

Содержание:

1 Краткая история Вселенной
2 Материалы по теме
3 Откуда появилась Вселенная?
- 3.1 Циклические модели
- 3.2 Другие модели возникновения Вселенной
4 Итоги

Краткая история Вселенной

Рассмотрим кратко общепризнанную теорию возникновения и ранней эволюции Вселенной, которая поддерживается большинством ученых. Сегодня под теорией Большого взрыва подразумевают комбинацию модели горячей Вселенной с Большим взрывом. И хотя данные концепции сперва существовали независимо друг от друга, в результате их объединение удалось объяснить первоначальный химический состав Вселенной, а также наличие реликтового излучения.

Согласно данной теории, Вселенная возникла около 13,77 млрд лет назад из некоторого плотного разогретого объекта — сингулярное состояние, плохо поддающееся описанию в рамках современной физики. Проблема космологической сингулярности, помимо всего прочего, в том, что при ее описании большинство физических величин, вроде плотности и температуры, стремятся к бесконечности. При этом, известно, что при бесконечной плотности энтропия (мера хаоса) должна устремляться к нулю, что никак не совмещается с бесконечной температурой.

Сингулярность в представлении художника

- Первые 10^-43 секунды после Большого Взрыва называют этапом квантового хаоса. Природа мироздания на этом этапе существования не поддается описанию в рамках известной нам физики. Происходит распад непрерывного единого пространства-времени на кванты.

Материалы по теме

Планковский момент – момент окончания квантового хаоса, который выпадает на 10^-43 секунду. В этот момент параметры Вселенной равнялись планковским величинам, вроде планковской температуры (около 10³² К). В момент планковской эпохи все четыре фундаментальные взаимодействия (слабое, сильное, электромагнитное и гравитационное) являлись объединенными в некое одно взаимодействие. Рассматривать планковский момент как некоторый продолжительный период – не представляется возможным, так как с параметрами меньше планковских современная физика не работает.
Стадия инфляции. Следующей стадией истории Вселенной стала инфляционная стадия. В первый момент инфляции от единого суперсимметричного поля (ранее включающего поля фундаментальных взаимодействий) отделилось гравитационное взаимодействие. В этот период вещество обладает отрицательным давлением, что вызывает экспоненциальный рост кинетической энергии Вселенной. Проще говоря, в данный период Вселенная стала очень быстро раздуваться, а ближе концу энергия физических полей переходит в энергию обычных частиц. В конце данной стадии значительно повышается температура вещества и излучения. Вместе с окончанием стадии инфляции выделяется и сильное взаимодействие. Также в этот момент возникает барионная асимметрия Вселенной.
Стадия радиационного доминирования. Следующая стадия развития Вселенной, которая включает несколько этапов. На этой стадии температура Вселенной начинает понижаться, образуются кварки, затем адроны и лептоны. В эпоху нуклеосинтеза происходит образование начальных химических элементов, синтезируется гелий. Однако, излучение все еще преобладает над веществом.
Эпоха доминирования вещества. Спустя 10 000 лет энергия вещества постепенно превосходит энергию излучения и происходит их разделения. Вещество начинает доминировать над излучением, возникает реликтовый фон. Также разделение вещества с излучением значительно усилило изначальные неоднородности в распределении вещества, в результате чего начали образовываться галактики и сверхгалактики. Законны Вселенной пришли к тому виду, в котором мы наблюдаем их сегодня.

Вышеописанная картина сложена из нескольких основополагающих теорий и дает общие представление о формировании Вселенной на ранних этапах ее существования.

Эволюция Вселенной

Откуда появилась Вселенная?

Если Вселенная возникла из космологической сингулярности, то откуда взялась сама сингулярность? На данный вопрос дать точный ответ, пока, невозможно. Рассмотрим некоторые космологические модели, затрагивающие «рождение Вселенной».

Циклические модели

Данные модели строятся на утверждении, что Вселенная существовала всегда и со временем лишь меняется ее состояние, переходя от расширения к сжатию – и обратно.

Модель Стейнхардта-Турока. Данная модель строится на теории струн (М-теории), так как использует такой объект как «брана». Согласно этой модели видимая Вселенная располагается внутри 3-бране, которая периодически, раз в несколько триллионов лет, сталкивается с другой 3-браной, что вызывает подобие Большого Взрыва. Далее наша 3-брана начинает отдаляться от другой и расширяться. В какой-то момент доля темной энергии получает первенство и скорость расширения 3-браны растет. Колоссальное расширение рассеивает вещество и излучение настолько, что мир становится почти однородным и пустым. В конце концов происходит повторное столкновение 3-бран, в результате чего наша возвращается к начальной фазе своего цикла, вновь зарождая нашу «Вселенную».

Моделирование бран

Теория Лориса Баума и Пола Фрэмптона также гласит о цикличности Вселенной. Согласно их теории последняя после Большого Взрыва будет расширяться за счет темной энергии до тех пор, пока не приблизится к моменту «распада» самого пространства-времени – Большой Разрыв. Как известно, в «замкнутой системе энтропия не убывает» (второе начало термодинамики). Из этого утверждения следует, что Вселенная не может вернуться к исходному состоянию, так как во время такого процесса энтропия должна убывать. Однако эта проблема решается рамках данной теории. Согласно теории Баума и Фрэмптона за миг до Большого Разрыва Вселенная распадается на множество «лоскутов», каждый из которых обладает довольно малым значением энтропии. Испытывая ряд фазовых переходов, данные «лоскуты» бывшей Вселенной порождают материю и развиваются аналогично первоначальной Вселенной. Эти новые миры не взаимодействуют друг с другом, так как разлетаются со скоростью больше скорости света. Таким образом, ученые избежали и космологической сингулярности, с которой начинается рождение Вселенной согласно большинству космологических теорий. То есть в момент конца своего цикла Вселенная распадается на множество других невзаимодействующих миров, которые станут новыми вселенными.
Конформная циклическая космология – циклическая модель Роджера Пенроуза и Ваагна Гурзадяна. Согласно данной модели Вселенная способна перейти в новый цикл, не нарушая второе начало термодинамики. Данная теория опирается на предположение, что черные дыры уничтожают поглощенную информацию, что неким образом «законно» понижает энтропию Вселенной. Тогда каждый такой цикл существования Вселенной начинается с подобия Большого Взрыва и заканчивается сингулярностью.

Инфографика конформной циклической космологии

Другие модели возникновения Вселенной

Среди других гипотез, объясняющих появление видимой Вселенной наиболее популярны две следующие:

Хаотическая теория инфляции — теория Андрея Линде. Согласно данной теории существует некоторое скалярное поле, которое неоднородно во всем своем объеме. То есть в различных областях вселенной скалярное поле имеет разное значение. Тогда в областях, где поле слабое – ничего не происходит, в то время как области с сильных полем начинают расширяться (инфляция) за счет его энергии, образуя при этом новые вселенные. Такой сценарий подразумевает существование множества миров, возникших неодновременно и имеющих свой набор элементарных частиц, а, следовательно, и законов природы.
Теория Ли Смолина – предполагает, что Большой Взрыв не является началом существования Вселенной, а – лишь фазовым переходом между двумя ее состояниями. Так как до Большого Взрыва Вселенная существовала в форме космологической сингулярности, близкой по своей природе к сингулярности черной дыры, Смолин предполагает, что Вселенная могла возникнуть из черной дыры.

Рождение Вселенной из черной дыры

Итоги

Несмотря на то, что циклические и другие модели отвечают на ряд вопросов, ответы на которые не может дать теория Большого Взрыва, в том числе проблема космологической сингулярности. Все же в комплекте с инфляционной теорией Большой Взрыв более цельно объясняет возникновение Вселенной, а также сходится с множеством наблюдений.

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 46797

Запись опубликована: 02.06.2017
Автор: Владимир Соловьев

Как зародилась Вселенная?

Живая наука поддерживается своей аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.

Как возникла Вселенная?

Возможно, это величайшая Великая Тайна и корень всех остальных. Величайшие вопросы человечества — как зародилась жизнь? Что такое сознание? Что такое темная материя, темная энергия, гравитация? — исходить из него.

«Все остальные загадки лежат ниже по течению от этого вопроса», — сказала Энн Друян, автор и вдова астронома Карла Сагана. «Для меня это важно, потому что я человек и не люблю незнания».

Несмотря на то, что теории, пытающиеся разгадать эту тайну, становятся все более сложными, ученых преследует возможность того, что некоторые из наиболее важных звеньев в их цепи рассуждений ошибочны.

Фундаментальные загадки

Согласно стандартной модели Большого взрыва, Вселенная родилась в период инфляции, начавшейся около 13,8 миллиардов лет назад. Подобно быстро расширяющемуся воздушному шару, он раздулся от размеров, меньших размера электрона, до почти своих нынешних размеров за крохотную долю секунды.

Изначально Вселенная была пронизана только энергией. Часть этой энергии застыла в частицы, которые собрались в легкие атомы, такие как водород и гелий. Эти атомы сгустились сначала в галактики, затем в звезды, в огненных печах которых были выкованы все остальные элементы.

Это общепринятая картина происхождения нашей вселенной, как ее изображают ученые. Это мощная модель, которая объясняет многие вещи, которые ученые видят, когда смотрят в небо, например поразительную гладкость пространства-времени в больших масштабах и равномерное распределение галактик по противоположным сторонам Вселенной.

Но в этой истории есть вещи, которые беспокоят некоторых ученых. Начнем с того, что идея о том, что Вселенная претерпела период быстрой инфляции в начале своей истории, не может быть напрямую проверена, и она опирается на существование таинственной формы энергии в начале Вселенной, которая давно исчезла.

«Инфляция — чрезвычайно мощная теория, и все же мы до сих пор не знаем, что вызвало инфляцию и является ли эта теория вообще правильной, хотя она работает очень хорошо», — сказал Эрик Агол, астрофизик из Вашингтонского университета.

Для некоторых ученых инфляция является неуклюжим дополнением к модели Большого Взрыва, необходимой сложностью, необходимой для соответствия наблюдениям. Это будет не последнее дополнение.

«Мы также узнали, что во Вселенной должна быть темная материя, а теперь и темная энергия», — сказал Пол Стейнхардт, физик-теоретик из Принстонского университета. «Итак, модель работает сегодня так: вы говорите: «Хорошо, вы берете немного Большого взрыва, берете немного инфляции, настраиваете это так, чтобы оно имело следующие свойства, затем добавляете определенное количество темной материи и темной энергии». Эти вещи не связаны последовательной теорией».

Стейнхардт беспокоится, что космологи действуют больше как инженеры, чем ученые. Если наблюдение не соответствует текущей модели, они присоединяют другой компонент или переделывают существующие, чтобы они соответствовали. Компоненты не связаны, и нет причин их добавлять, кроме как для сопоставления наблюдений. Это все равно, что пытаться починить старую машину, добавляя новые детали от более новых, но других моделей. Эти части могут работать в краткосрочной перспективе, но в конечном итоге вам понадобится новая машина.

Вечная вселенная

В последние годы Стейнхардт работал с Анной Иджас, физиком-теоретиком из Гарвардского университета, над радикальной альтернативой стандартной модели Большого взрыва.

Согласно их идее, называемой прыгающей космологией, Вселенная рождалась не один раз, а, возможно, несколько раз в бесконечных циклах сжатия и расширения. Теория заменяет «большой взрыв» «большим отскоком», который плавно связывает периоды сжатия и расширения Вселенной и решает многие вопросы, которые преследуют теорию инфляции.

Пара утверждает, что их экпиротическая или «циклическая» теория объясняет не только инфляцию, но и другие космические загадки, включая темную материю, темную энергию и то, почему Вселенная расширяется с постоянно ускоряющейся скоростью. [18 величайших неразгаданных тайн в физике]

Несмотря на споры, прыгающая космология поднимает вероятность того, что Вселенная не имеет возраста и самообновляется. Это перспектива, возможно, еще более внушающая трепет, чем вселенная с определенным началом и концом, поскольку это означало бы, что звезды на небе, даже самые старые, подобны недолговечным светлячкам в великой схеме вещей.

«Я хотел бы надеяться, что усилия, которые общество вкладывает в научные исследования, приближают нас к фундаментальным истинам, а не просто к созданию полезных инструментов», — сказал астроном Калифорнийского технологического института Ричард Мэсси. «Но я в равной степени боюсь обнаружить, что все, что я знаю, неверно, и втайне надеюсь, что это не так».

Дополнительные ресурсы:

Прочитайте стенограмму лекции Стивена Хокинга «Начало времен».
Посмотрите, как физик Том Уайнти объясняет начало Вселенной для начинающих.
Посмотрите это видео от National Geographic о происхождении Вселенной.

Эта статья была обновлена 27 июня 2019 г. автором Live Science Тимом Чилдерсом.

Откуда взялась Вселенная?

gremlin—Getty Images

Космический дом, в котором мы живем, удивительно красив и огромен. Только подумайте о фотографиях изысканных планет, галактик и туманностей, которые НАСА прислало нам домой. Сделайте еще одну паузу, чтобы подумать о том факте, что наблюдаемая Вселенная равна 93 миллиарда световых лет в поперечнике. Реальность, однако, такова, что за пределами наблюдаемой Вселенной существует обширная область космического пространства-времени, в которую мы никогда не сможем заглянуть, даже с помощью самых мощных телескопов, которые мы когда-либо могли построить.

Краткая история космологии

На протяжении тысячелетий некоторые из величайших умов мира верили, что Вселенная существовала всегда. Это включало греческого философа Аристотеля, но восходит еще дальше к вавилонским и индуистским мифам. Если Вселенная существовала всегда, то довольно легко и просто сделать вывод, что Вселенной не нужно было иметь причину. Задача решена. Но действительно ли это так просто? Разве ваше любопытство не побуждает вас копнуть глубже?

В 1714 году именно это любопытство заставило немецкого математика Готфрида Лейбница задуматься над фундаментальным вопросом: почему существует нечто, а не ничто? Конечно, возможно, что в какой-то момент Вселенной не существовало. Но если это так, то откуда оно взялось и почему оно здесь?

Давайте перемотаем часы на 110 лет вперед, в 1824 год, когда французский инженер Николя Карно изучал, как работают тепловые двигатели. Он открыл одно из самых фундаментальных свойств природы — второй закон термодинамики. Этот закон говорит нам, что вещи в природе, когда их оставляют в покое, медленно приходят к равновесию, при котором вся энергия распределяется равномерно. Итак, если есть вещи, которые все еще имеют более высококонцентрированную полезную энергию, например солнце, мы еще не достигли состояния равновесия. Это обеспечивает мощную научную поддержку реальности того, что Вселенная не всегда была здесь.

Век спустя, в 1917 году, немецкий космолог Альберт Эйнштейн работал над своей общей теорией относительности. Он был обескуражен, а затем раздражен, обнаружив, что его теория указывает на вселенную, которая может изменять свой размер и форму с течением времени. В течение десятилетия два коллеги-ученых, Александр Фридман и Жорж Леметр, использовали работу Эйнштейна, чтобы показать, что Вселенная действительно менялась с течением времени и, по сути, имела начало. Это стало известно как теория Большого взрыва. Несмотря на постоянные нерешенные проблемы с теорией Большого Взрыва, а это означает, что она может быть в конечном счете отброшена, космологи постоянно сталкивались с реальностью, что Вселенная постепенно расширяется и, следовательно, имела начало, какими бы ни были другие модели эволюции. вселенную, которую они исследуют.

Научное подтверждение того, что у Вселенной было начало, действительно выдвигает на первый план вопрос о ее происхождении. Мы больше не можем игнорировать этот вопрос, просто предполагая, что он всегда был здесь. Итак, откуда взялась Вселенная?

Вселенная из ничего?

Есть учёные, которые верят, что Вселенная и сама концепция пространства-времени действительно возникли из ничего. Эта идея ошеломляет; могла ли целая Вселенная — кварки, квазары и квокки — возникнуть буквально из ничего? Каким бы неправдоподобным это ни казалось, есть некоторые весьма авторитетные ученые, утверждающие, что так оно и было на самом деле. Например, Лоуренс Краусс написал книгу под названием 9.0081 Вселенная из ничего: почему существует нечто, а не ничто . Знаменитый космолог Стивен Хокинг в своей книге «Великий замысел » сделал замечание: «Поскольку существует закон, подобный закону гравитации, Вселенная может и будет создавать себя из ничего».

Предположение о том, что Вселенная возникла из ничего, противоречит не только логике, но и физике. Если такие вещи, как вселенные, могут просто появляться из ничего, почему мы не видим менее грандиозные вещи, такие как Volvo, гориллы и гигантские реактивные самолеты, просто возникающие из ничего перед нашими глазами? Хотя это может показаться довольно захватывающим, если такие вещи могут внезапно появиться, мы просто не сталкиваемся с этим. Это также было бы довольно запутанно, неудобно и даже опасно, если бы они это сделали. Гораздо лучше признать метафизическую истину, что вещи не возникают буквально из ничего.

Если вы действительно внимательно прочитаете книги Краусса и Хокинга, то внезапно поймете, что они на самом деле не говорят о том, что Вселенная возникла буквально из ничего. Их «ничто» на самом деле является чем-то, что физики называют квантовым вакуумом. Хотя обычно мы думаем о вакууме как о пустом пространстве, квантовый вакуум заполнен изменчивым морем энергии. Это означает, что квантовый вакуум, как должны напомнить нам физики, «ни в коем случае не является простым пустым пространством». Таким образом, Краусс и Хокинг на самом деле не ответили на вопрос, как вселенная могла возникнуть буквально из ничего — они просто уклонились от фундаментального вопроса, заставив квантовый вакуум звучать так, как будто он ничто.

coffeekai—Getty Images

Пузырьковые вселенные

Одна из вещей, которая может произойти в квантовом вакууме, заключается в том, что частицы, подобные маленьким пузырькам, внезапно появляются, а затем исчезают. Если частицы могут возникать вот так, то как насчет маленьких пузырьковых вселенных, которые продолжают расти и расширяться? Эта идея открыла перед космологами совершенно новые возможности. Возможно, существует гораздо большая вселенная, существовавшая здесь всю вечность, внутри которой вся наша вселенная — просто квантовый пузырь, возникший миллиарды лет назад. Идея множественных вселенных — мультивселенной — это не только теория научной фантастики, но и обсуждаемая учеными.

Проблема с этой идеей в том, что эти пузыри-вселенные могут появиться где угодно, и точно так же, как пузыри, которые пускают ваши дети, эти пузыри-вселенные начнут сталкиваться друг с другом и, возможно, сливаться во все большие и большие комки. Если бы большая вселенная была бесконечно старой, то все эти пузырьковые вселенные уже слились бы воедино, и мы должны были бы наблюдать бесконечно старую вселенную. Но, опять же, это не то, что мы наблюдаем. Даже если бы наша Вселенная действительно внезапно появилась в виде пузыря в квантовом вакууме — что на самом деле очень спекулятивно, поскольку мы никогда не наблюдали вселенных, начинающихся с пузырей, — факт в том, что предполагаемый квантовый вакуум сам по себе имел бы начало. Затем следует следующий вопрос: откуда взялся квантовый вакуум?

Теория струн

Чтобы попытаться объединить всю реальность в единую Теорию Всего, ученые предположили, что на самом фундаментальном уровне наш мир состоит из крошечных вибрирующих струн. Теория струн предполагает, что частицы больше похожи на крошечные клубки нитей. Ученые используют концепцию струн, чтобы попытаться объединить все фундаментальные физические силы материи, гравитации и электромагнетизма.

Теория струн использовалась для объяснения двух аспектов Вселенной. Во-первых, ученые считают, что теория струн может объяснить, почему Вселенная очень точно настроена, чтобы могли существовать стабильные структуры, такие как звезды, галактики и даже разумная жизнь. Другой способ, которым теория струн использовалась для описания нашей Вселенной, состоит в том, чтобы предположить, что наша Вселенная существует в пространстве еще более высокого измерения. Затем наша вселенная может столкнуться с другими «вещами» в многомерном пространстве. Эти взаимодействия могут быть причиной сжатия и расширения нашей Вселенной, одним из которых был предполагаемый Большой Взрыв.

Хотя эти идеи, исходящие из теории струн, могут показаться довольно захватывающими, особенно возможность достижения великой Теории Всего, реальность такова, что такая теория все равно не решит фундаментальный вопрос. На конференции по космологии в Калифорнийском университете в Дэвисе Стивен Хокинг, выступая с докладом под названием «Космология сверху вниз», признал это: «Даже когда мы поймем окончательную теорию, она мало что скажет нам о том, как Вселенная началась». Кроме того, откуда взялись струны, если они вообще существуют, и почему они обладают теми качествами, которыми, по-видимому, обладают?

Сверхъестественная причина

Итак, если эти космологические объяснения не являются безупречными, какие есть другие альтернативы? Есть еще одна причина существования вселенной, и это существование Бога, всемогущего существа, создавшего ее. К такому выводу пришел Готфрид Либниц, который изначально поставил вопрос: почему существует нечто, а не ничто? Это также вывод из множества религий, включая ислам, христианство и то, во что верят некоторые подмножества индуизма. Если бы существовал всемогущий, всезнающий Творец, то это высшее существо имело бы способность и знания, чтобы быть творцом вселенной, в которой мы живем. Его творческая сила объяснила бы, почему существует нечто, а не ничто. Его знание и преднамеренность также объяснили бы, почему наша Вселенная была так тонко настроена, чтобы в ней могли жить люди. Поскольку невозможно иметь бесконечную цепь причин, зависящих от других причин, Бог должен быть конечной Беспричинной Причиной, что означает, что Он необходимо существует вне пространства и времени, без начала и конца. Наконец, тот факт, что Вселенная имела начало в определенный момент времени, а также имеет очень тщательно подобранные физические параметры, означает, что конечная Беспричинная Причина обладает разумом и силой выбора. Другими словами, Бог есть Личность. Когда Он называет Себя «Яхве» или «Я есмь», Он имеет в виду Свое вечное существование и положение Творца, как описано в Бытие 1.

После всех усилий космологов, пытавшихся понять и описать вселенную, Бог остается лучшим и единственным объяснением. Американский астроном Роберт Джастроу хорошо выразился: «Для ученого, который жил своей верой в силу разума, история заканчивается как страшный сон.