Согласно общепринятой теории Большого взрыва, Вселенная возникла из бесконечно плотного крошечного шара материи. Этот вселенский взрыв породил первые элементарные частицы, которые затем сформировали звезды и галактики. Но новые исследования в области теоретической физики недавно открыли возможное окно в очень раннюю Вселенную. По мнению теоретиков, она может быть не такой и «ранней».
Свежая гипотеза предполагает, что наша Вселенная находится на одной из итераций цикла «взрыв-отскок», который продолжается вечность. А возможно, это лишь первый ее цикл. Конечно, прежде чем физики решат отказаться от теории Большого взрыва в пользу цикла «взрыв-отскок», эти теоретические предсказания должны выдержать проверку наблюдательных тестов.
Отсутствующая часть головоломки
У ученых есть действительно хорошая картина очень ранней Вселенной, которую мы знаем как теорию Большого взрыва. В этой модели давным-давно Вселенная была намного меньше, намного горячее и намного плотнее, чем сегодня. В тот ранний период 13,8 млрд лет назад все элементы, которые делают нас такими, какие мы есть, сформировались примерно за несколько первых минут жизни Вселенной. И все это родилось из компактного шарика бесконечной плотности, размером с персик, и температурой более квадриллиона градусов.
Удивительно, но эта фантастическая история подтверждает все современные наблюдения. Астрономы сделали все, от наблюдения за остаточным электромагнитным излучением молодой Вселенной до измерения распространенности легчайших элементов. И обнаружили, что все они совпадают с предсказаниями Большого взрыва. Насколько мы можем судить, это точный портрет нашей ранней Вселенной. Но картина Большого взрыва неполная — отсутствует часть головоломки. И эта часть — самые ранние моменты самой Вселенной. Это довольно большой кусок.
Недостаток современной физики для познания Вселенной
Проблема в том, что физика, которую мы используем для понимания ранней Вселенной, это удивительно сложная мешанина из общей теории относительности и физики частиц высоких энергии. Но она может привести нас только до определенного предела, прежде чем рухнет. По мере того как мы пытаемся погружаться все глубже и глубже в первые мгновения нашего космоса, математика становится все сложнее и сложнее. Если попытаться ее решить, она становится все труднее, вплоть до того момента, когда просто… прекращается.
Главный признак того, что нам еще предстоит исследовать, — это наличие «сингулярности». Это точка бесконечной плотности в начале Большого взрыва. Если принять это за чистую монету, это говорит нам о том, что в какой-то момент Вселенная была втиснута в бесконечно маленькую, бесконечно плотную точку. Это очевидно абсурдно. На самом деле все говорит нам о том, что для решения этой проблемы нам нужна новая физика — наш текущий набор инструментов для познания Вселенной просто недостаточно хорош.
Чтобы спасти положение, нам нужна новая физика. Нечто, способное справиться с гравитацией и другими силами вместе взятыми при сверхвысоких энергиях. И это именно то, на что претендует теория струн — физическая модель, способная справиться с гравитацией и другими силами, вместе взятыми при сверхвысоких энергиях. Именно эта теория способна объяснить самые ранние моменты Вселенной.
Что такое экпиротический сценарий?
Одним из самых ранних понятий теории струн является «экпиротическая Вселенная», происходящая от греческого слова «пожар» или «огонь». В этом сценарии то, что мы знаем как Большой взрыв, было вызвано чем-то еще, что произошло до него — Большой взрыв был не началом, а частью более масштабного процесса.
Расширение экпиротической сценария привело к теории, опять же мотивированной теорией струн, называемой «циклической космологией». Удивительно, но идее о постоянно повторяющейся Вселенной тысячи лет, и она предшествует современной физике. Но теория струн дала этой идее твердое математическое обоснование. Циклическая Вселенная движется именно так, как вы можете себе представить: постоянно «прыгает» между Большими взрывами и Большими схлопываниями. Вероятно, это происходит вечно и одинаково, как в прошлом, так и в будущем.
Что было до Большого взрыва?
Ранние версии циклической модели с трудом совпадали с наблюдениями. Главным препятствием было согласование с нашими наблюдениями космического микроволнового фона — ископаемого света, оставшегося с того времени, когда Вселенной было всего 380 тысяч лет. Ученым было трудно описать физику зарождающегося космоса — картина просто рушилась.
Однако экпиротический факел продолжал гореть на протяжении многих лет. Статья, опубликованная в марте 2020 года, исследовала недостатки математики и раскрыла 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 маленькой точки и возвращается в состояние Большого взрыва, можно описать математически так, чтобы получить правильный результат, проверенный наблюдением.
Таким образом, идея того, что до Большого взрыва был Большой «отскок», ставший результатом распада некоей «предыдущей» Вселенной, вполне имеет место быть. Но чтобы полностью проверить эту модель, нам придется дождаться нового поколения космологических экспериментов.
Напомним, что ранее мы объясняли, что такое световой год.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
