Большой Взрыв. Что было до Большого взрыва?
Загадки Большого взрыва
Наша Вселенная возникла 13,7 миллиарда лет назад, порожденная Большим взрывом, и вот уже на протяжении нескольких поколений ученые пытаются понять этот феномен.В конце 20-х годов XX века, Эдвин Хаббл открыл, что все видимые нами галактики разлетаются – словно осколки гранаты после взрыва, тогда же бельгийский астроном и богослов Жорж Леметр и выдвинул свою гипотезу (в 1931 г. она вышла на страницах «Nature»). Он считает что, история мироздания началась с того, что взорвался «первичный атом», и это породило время, пространство и материю (раньше, в начале 1920-х годов, советский ученый Александр Фридман, анализируя уравнения Эйнштейна, тоже пришел к выводу, что «Вселенная создавалась из точки» и на это ушло «десятки миллиардов наших обычных лет»).
Вначале астрономы решительно отвергли рассуждения бельгийского теолога. Потому как теория Большого взрыва как нельзя лучше сочеталась с христианской верой в Бога-Творца. В течении двух веков ученые пресекали проникновение в науку каких бы то ни было религиозных домыслов о «начале всех начал». И вот Бог, изгнанный из природы под мерное покачивание колесиков ньютоновской механики, неожиданно возвращается. Он грядет в пламени Большого взрыва, и трудно придумать более триумфальную картину его явления.
Однако проблема была не только в богословии – Большой взрыв не подчинялся законам точных наук. Важнейший момент истории Вселенной пребывал за гранью познания. В этой сингулярной (особой) точке, расположенной на оси пространства-времени, общая теория относительности переставала действовать, потому как давление, температура, плотность энергии и искривление пространства устремлялись в бесконечность, то есть теряли всякий физический смысл. В этой точке исчезали, превращались не в ноль, не в отрицательные величины, а в полное их отсутствие, в абсолютную беззначность, все эти секунды, метры и астрономические единицы. Эта точка – разрыв, который не преодолеть на ходулях логики или математики, дыра навылет во времени и пространстве.
Только в конце 1960-х годов Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг убедительно показали, что в рамках теории Эйнштейна сингулярность Большого взрыва неизбежна. Однако это не смогло облегчить работу теоретиков. Как описать Большой взрыв? Что стало, к примеру, причиной этого события? Ведь если до него вообще не было времени, то вроде бы не могло быть и причины, породившей его.
Как мы понимаем теперь, для создания полной теории Большого взрыва, необходимо связать воедино учение Эйнштейна, описывающее пространство и время, с квантовой теорией, занимающейся элементарными частицами и их взаимодействием. Вероятно, может пройти не одно десятилетие, прежде чем удастся это сделать и вывести единую «формулу мироздания».
А откуда, к примеру, могло появится то грандиозное количество энергии, что породило этот взрыв невероятной силы? Возможно, она досталась нашей Вселенной от ее предшественницы, сжавшейся в сингулярную точку? Однако тогда откуда та ее получила? Или энергия была разлита в первородном вакууме, из которого – «пузырьком пены» – выскользнула наша Вселенная? Или же Вселенные старшего поколения передают энергию Вселенным младшего поколения посредством черных дыр – тех сингулярных точек – в глубинах которых, возможно, зарождаются новые миры, которые нам никогда не увидеть? Как бы там ни было, Вселенная в таких моделях предстает «открытой системой», что не вполне соответствует «классической» картине Большого взрыва: «Не было ничего, и вдруг родилось мироздание».
А возможно, как считают некоторые из исследователей, наша Вселенная вообще… лишена энергии, точней, ее совокупная энергия равна нулю? Положительная энергия излучения, испускаемого веществом, накладывается на отрицательную энергию гравитации. Плюс на минус дает ноль. Этот пресловутый «0» кажется ключом к пониманию природы Большого взрыва. Из него – из «нуля», из «ничего» – мгновенно родилось все. Случайно. Спонтанно. Просто так. Ничтожно малое отклонение от 0 породило вселенскую лавину событий. Можно привести и такое сравнение: каменный шар, балансировавший на тонкой, как шпиль, вершине какой-то Джомолунгмы, неожиданно качнулся и покатился вниз, порождая «лавину событий».
1973 год - физик Эдвард Трион из Америки, попробовал описать процесс рождения нашей Вселенной, используя принцип неопределенности Гейзенберга, одну из основ квантовой теории. По этому принципу, чем точней мы, к примеру, измеряем энергию, тем неопределенней становится время. Итак, если энергия строго равна нулю, то время может быть сколь угодно большим. Настолько большим, что рано или поздно в квантовом вакууме, из которого и предстоит родиться Вселенной, возникнет флуктуация. Это и приведет к стремительному разрастанию космоса, казалось бы, из ничего. «Просто Вселенные иногда рождаются, вот и все», – так незатейливо Трион объяснил подоплеку Большого взрыва. Это был большой Случайный взрыв. Только и всего.
А может ли Большой взрыв повториться?
Как ни странно, да. Мы живем в мироздании, которое все еще может плодоносить и порождать новые миры. Созданы несколько моделей, которые описывают «Большие взрывы» будущего.Почему бы, к примеру, в том же вакууме, породившем нашу Вселенную, не появиться новым флуктуациям? Может быть, за эти 13,7 миллиарда лет рядом с нашим мирозданием появилось бесчисленное множество миров, никак не соприкасающихся друг с другом. В них действуют разные законы природы, существуют различные физические константы. В большинстве этих миров жизнь никогда не могла бы возникнуть. Многие из них сразу гибнут, испытывают коллапс. Но в некоторых Вселенных – по чистой случайности! – складываются условия, при которых способна зародиться жизнь.
Но дело не только в том вакууме, что пребывает до начала «всех времен и народов». Чреватые будущими мирами флуктуации могут возникать и в вакууме, что разлит в нашей Вселенной, – точней, в темной энергии, заполняющей ее. Такого рода модель «обновляющейся Вселенной» разработал американский космолог, уроженец Советского Союза, Александр Виленкин. Нам эти новые «большие взрывы» ничем не грозят. Они не разрушат структуру Вселенной, не выжгут ее дотла, а только создадут новое пространство за пределами, доступными нашему наблюдению и пониманию. Может быть, подобные «взрывы», знаменующие рождения новых миров, происходят в глубинах многочисленных черных дыр, усеивающих космос, полагает американский астрофизик Ли Смолин.
Другой уроженец СССР, проживающий на Западе, космолог Андрей Линде считает, что мы сами способны учинить новый Большой взрыв, собрав в какой-то точке пространства громадное количество энергии, превышающее некий критический предел. По его расчетам, космические инженеры будущего могли бы взять незримую щепотку вещества – всего несколько сотых долей миллиграмма – и уплотнить его до такой степени, что энергия этого сгустка составит 1015 гигалектронвольт. Образуется крохотная черная дыра, которая начнет расширяться по экспоненте. Так возникнет «дочерняя Вселенная» со своим пространством-временем, стремительно отделяющаяся от нашей Вселенной.
…В природе Большого взрыва много фантастичного. Но справедливость этой теории доказывает целый ряд природных феноменов. К ним относятся наблюдаемое нами расширение Вселенной, картина распределения химических элементов, а также космическое фоновое излучение, которое так и называют «реликтом Большого взрыва».
Что было до Большого взрыва?
Мир не существует вечно. Он зародился в пламени Большого взрыва. Однако было ли это уникальным явлением в истории космоса? Или повторяющимся событием, вроде рождения звезд и планет? Что если Большой взрыв – только фаза перехода из одного состояния Вечности в другое?Многие из физиков говорят о том, что изначально было Нечто, а не Ничто. Возможно, наша Вселенная, – как и другие, – родилась из элементарного квантового вакуума. Но как ни «минимально просто» подобное состояние, – а меньше, чем квантовый вакуум, не позволяют быть законы физики, – его нельзя все же именовать «Ничто».
Возможно, видимая нами Вселенная – только очередное агрегатное состояние Вечности? А причудливое расположение галактик и галактических скоплений – что-то наподобие кристаллической решетки, которая в n-мерном мире, существовавшем до рождения нашей Вселенной, имела совсем иную структуру и которая возможно предсказана «формулой всего», разыскивавшейся еще Эйнштейном? И будет ли она найдена в ближайшие десятилетия? Ученые напряженно вглядываются сквозь стену Неведомого, оградившего наше мироздание, стараясь понять, что же было за мгновение до того, как, по привычным для нас представлениям, не было ровным счетом ничего. Какие формы Вечного космоса возможно вообразить, наделив время и пространство теми качествами, которые немыслимы в нашем мироздании?
Среди самых многообещающих теорий, в которые физики стараются втиснуть целую Вечность, возможно назвать теорию квантовой геометрии, квантово-спиновую динамику или квантовую гравитацию. Наибольший вклад в их разработку внесли Абэй Аштекар, Тед Джекобсон, Ежи Левандовски, Карло Ровелли, Ли Смолин и Томас Тиманн. Все это – сложнейшие физические построения, целые дворцы, возведенные из формул и гипотез, – только бы скрыть таящуюся в их глубине и темноте прорву, сингулярность времени и пространства.
Окольные тропы новых теорий заставляют нас перешагнуть через очевидные, на первый взгляд, истины. Так, в квантовой геометрии пространство и время, прежде дробимые бесконечно, вдруг разбиваются на отдельные островки – порции, кванты, меньше которых нет ничего. Все сингулярные точки могут быть вмурованы в эти «каменные глыбы». Само пространство-время превращается в переплетение одномерных структур – «сети спинов», то есть становится дискретной структурой, в своем роде цепью, сплетенной из отдельных звеньев.
Объем минимально возможной петельки пространства составляет всего 10—99 кубического сантиметра. Эта величина до такой степени мала, что в одном кубическом сантиметре гораздо больше квантов пространства, чем тех самых кубических сантиметров в наблюдаемой нами Вселенной (ее объем составляет 1085 сантиметров в кубе). Внутри квантов пространства нет ничего, ни энергии, ни вещества – подобно тому, как внутри математической точки – по определению – не отыскать ни треугольника, ни икосаэдра. Но если мы применим гипотезу о «субмикроскопической ткани Вселенной», что бы описать Большой взрыв, мы получим поразительные результаты, как показали Абэй Аштекар и Мартин Боджовальд из Пенсильванского университета.
Если заменить в Стандартной теории космологии дифференциальные уравнения, предполагающие непрерывное течение пространства, другими дифференциальными уравнениями, следующими из теории квантовой геометрии, то таинственная сингулярность исчезнет. Физика не заканчивается там, где начинается Большой взрыв, – таков первый обнадеживающий вывод космологов, которые отказались принимать за истину в последней инстанции видимые нами свойства мироздания.
В теории квантовой гравитации предполагается, что наша Вселенная (как и все другие) родилась в как результат случайной флуктуации квантового вакуума – глобальной макроскопической среды, в которой не было времени. Каждый раз, когда в квантовом вакууме возникает флуктуация определенных размеров, рождается и новая Вселенная. Она «отпочковывается» от той однородной среды, в которой образовалась, и начинает свою собственную жизнь. Теперь у нее – своя история, свое пространство, свое время, своя стрела времени.
В современной физике создали ряд теорий, показывающих, как из вечно существующей среды, где нет Макровремени, но в отдельных точках которой течет свое микровремя, может возникнуть такой громадный мир, как наш.
К примеру, физики Габриэле Венециано и Маурицио Гасперини из Италии, в рамках теории струн предполагают, что изначально существовал так называемый «струнный вакуум». Случайные квантовые флуктуации в нем привели к тому, что плотность энергии достигла критической величины, и это вызвало локальный коллапс. Который завершился рождением нашей Вселенной из вакуума.
В рамках теории квантовой геометрии Абэй Аштекар и Мартин Боджовальд показали, что пространство и время могут возникать из более примитивных фундаментальных структур, а именно «сетей спинов».
Экхард Ребхан из Дюссельдорфского университета и – независимо от него – Джордж Эллис и Рой Маартенс из Кейптаунского университета развивают идею «статической Вселенной», которую обдумывали еще Альберт Эйнштейн и британский астроном Артур Эддингтон. В своем стремлении обойтись без эффектов квантовой гравитации Ребхан и его коллеги придумали сферическое пространство, пребывающее посреди вечной пустоты (или, если хотите, пустой вечности), где нет никакого времени. Ввиду некоторой нестабильности здесь развивается инфляционный процесс, что и приводит к горячему Большому взрыву.
Конечно, перечисленные модели умозрительны, но они принципиально соответствуют современному уровню развития физики и результатам астрономических наблюдений последних нескольких десятилетий. В любом случае, ясно одно. Большой взрыв был скорей рядовым, естественным событием, а не единственным в своем роде.
Помогут ли подобного рода теории понять, что же могло быть до Большого взрыва? Если Вселенная родилась, что ее породило? Где в современных теориях космологии проступает «генетический отпечаток» ее родительницы? 2005 год - Абэй Аштекар, к примеру, обнародовал результаты своих новых расчетов (проделать их помогли Томаш Павловски и Парамприт Сингх). Из них явствовало, что если исходные посылки верны, то до Большого взрыва существовали то же самое пространство-время, что и после этого события. Физика нашего мироздания, словно в зеркале, отразилась в физике мира иного. В этих расчетах Большой взрыв, словно зеркальный экран, рассекал Вечность, располагая рядом несоединимое – естество и его отражение. И что подлинность здесь, что призрак?
Единственное, что возможно разглядеть «с той стороны зеркального стекла», что Вселенная тогда не расширялась, а сжималась. Большой взрыв стал точкой ее коллапса. В этот момент пространство и время на мгновение пресеклись, чтобы снова отразиться – продолжиться – фениксом восстать уже в знакомом нам мире, том мироздании, которое мы вымеряем нашими формулами, шифрами и числами. Вселенная буквально вывернула сама себя наизнанку, будто перчатку или рубашку, и с того времени неуклонно расширяется. Большой взрыв не был, по Аштекару, «творением целой Вселенной из Ничто», а являлся только переходом из одной динамической формы Вечности в другую. Возможно, Вселенная переживает бесконечную череду «больших взрывов», и эти десятки миллиардов (или сколько там) лет, разделяющие ее отдельные фазы, – только периоды «космической синусоиды», по законам которой живет мироздание?
А.Волков
ред. shtorm777.ru
Комментарии
Отправить комментарий