Відповідно до загальноприйнятої теорії Великого вибуху, Всесвіт виник із нескінченно щільної крихітної кулі матерії. Цей світовий вибух породив перші елементарні частинки, які потім сформували зорі та галактики. Але нові дослідження в галузі теоретичної фізики нещодавно відкрили можливе вікно у дуже ранній Всесвіт. На думку теоретиків, він може бути не таким вже й «раннім».
Нова гіпотеза припускає, що наш Всесвіт перебуває в одній з ітерацій циклу «вибух-відскок», що триває вічність. А можливо, це лише перший його цикл. Звичайно, перш ніж фізики вирішать відмовитись від теорії Великого вибуху на користь циклу «вибух-відскок», ці теоретичні передбачення мають витримати перевірку спостережних тестів.
Відсутня частина головоломки
У вчених є справді хороша картина дуже раннього Всесвіту, яку ми знаємо як теорію Великого вибуху. У цій моделі давним-давно Всесвіт був набагато меншим, набагато гарячішим і набагато щільнішим, ніж сьогодні. У той ранній період 13,8 млрд років тому всі елементи, які роблять нас такими, якими ми є, сформувалися приблизно за кілька перших хвилин життя Всесвіту. І все це народилося з компактної кульки нескінченної щільності, розміром з персик, і температурою понад квадрильйон градусів.
Дивно, але ця фантастична історія підтверджує всі сучасні спостереження. Астрономи зробили все, від спостереження за залишковим електромагнітним випромінюванням молодого Всесвіту до виміру поширеності найлегших елементів. І виявили, що всі вони збігаються з прогнозами Великого вибуху. Наскільки ми можемо судити, це точний портрет нашого раннього Всесвіту. Але картина Великого вибуху неповна — відсутня частина головоломки. І ця частина — найраніші моменти Всесвіту. Це досить великий шматок.
Недостатність сучасної фізики для пізнання Всесвіту
Проблема в тому, що фізика, яку ми використовуємо для розуміння раннього Всесвіту, це напрочуд складна мішанина із загальної теорії відносності та фізики частинок високих енергій. Але вона може привести нас тільки до певної межі, перш ніж звалиться. У міру того, як ми намагаємося занурюватися все глибше і глибше у перші миті нашого космосу, математика стає все складнішою та складнішою. Якщо спробувати її вирішити, вона стає важчою, аж до того моменту, коли просто… припиняється.
Головна ознака того, що ми ще маємо досліджувати, — наявність «сингулярності». Це точка нескінченної густини на початку Великого вибуху. Якщо прийняти це за чисту монету, це говорить нам про те, що в якийсь момент Всесвіт був втиснутий у нескінченно маленьку, нескінченно щільну точку. Це очевидно абсурдно. Насправді це свідчить про те, що для розв’язання цієї проблеми нам потрібна нова фізика — наш поточний набір інструментів для пізнання Всесвіту недостатньо хороший.
Щоб урятувати становище, нам потрібна нова фізика. Щось, що здатне впоратися з гравітацією та іншими силами разом узятими при надвисоких енергіях. І це саме те, на що претендує теорія струн — фізична модель, яка здатна впоратися з гравітацією та іншими разом узятими силами за надвисоких енергій. Саме ця теорія здатна пояснити ранні моменти Всесвіту.
Що таке екпіротичний сценарій?
Одним із найраніших понять теорії струн є «екпіротичний Всесвіт», що походить від грецького слова «пожежа» або «вогонь». У цьому сценарії те, що ми знаємо як Великий вибух, було викликано чимось, що сталося до нього — Великий вибух був не початком, а частиною більш масштабного процесу.
Розширення екпіротичного сценарію призвело до теорії, знову ж таки мотивованої теорією струн, званої «циклічною космологією». Дивно, але ідея про циклічність Всесвіту має тисячі років, і вона передує сучасній фізиці. Але теорія струн дала цій ідеї тверде математичне обґрунтування. Циклічний Всесвіт рухається саме так, як ви можете собі уявити: постійно «стрибає» між Великими вибухами та Великими схлопуваннями. Ймовірно, це відбувається вічно та однаково, як у минулому, так і в майбутньому.
Що було до Великого вибуху?
Ранні версії циклічної моделі ледве співпадали зі спостереженнями. Головною перешкодою було узгодження з нашими спостереженнями космічного мікрохвильового фону — викопного світла, що залишилося відтоді, коли Всесвіту було лише 380 тисяч років. Вченим було важко описати фізику космосу, що зароджується, — картина просто валилася через брак даних.
Проте екпіротичний факел продовжував горіти багато років. Стаття, опублікована у березні 2020-го, досліджувала недоліки математики та розкрила деякі раніше втрачені можливості. Два фізики з Університету Макгілла в Канаді та автори дослідження, Роберт Бранденбергер та Зівей Ванг, виявили, що момент «відскоку», коли наш Всесвіт стискається до неймовірно маленької точки та повертається у стан Великого вибуху, можна описати математично так, щоб отримати правильний результат, перевірений спостереженням.
Отже, ідея того, що до Великого вибуху був Великий «відскок», що став результатом розпаду якогось «попереднього» Всесвіту, цілком можлива. Але щоби повністю перевірити цю модель, нам доведеться дочекатися нового покоління космологічних експериментів.
Нагадаємо, що раніше ми пояснювали, що таке світловий рік.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
