Главная Астрономия Немецкий физик утверждает, что было 3 Больших взрыва, а не один, как считалось раньше

3 Больших взрыва, которых не было

Произошел ли Большой взрыв? Нашел ли космический телескоп Джеймс Уэбб доказательства против теории Большого взрыва? Если астрофизики уверены, что он произошел, почему они считают, что Вселенная родилась в результате квантовой флуктуации? И какое отношение это имеет к темной материи?

Я не могу винить читателей за то, что они были сбиты с толку недавними новостными сообщениями о Большом взрыве. Статья "Большого взрыва не произошло", которая положила им начало, достаточно плоха. Но некоторые опровержения также не совсем верны. Проблема в том, что авторы путают идеи в астрофизике и неправильно используют термин "Большой взрыв". Позвольте мне прояснить ситуацию.

Давайте назовем биг-бум началом Вселенной. Это то, что, по мнению большинства людей, означает это выражение. Большой взрыв - то, что мы находим в математике общей теории относительности Эйнштейна, если экстраполировать текущее расширение Вселенной в прошлое.

Уравнения говорят, что материя и энергия во Вселенной становятся все плотнее и горячее. В конце концов, примерно через 13,7 миллиарда лет, наступит момент, когда плотность, и температура не станут бесконечными величинами. Мы не можем экстраполировать дальше в прошлое, поэтому справедливо сказать, что это событие, если бы оно произошло, и было началом Вселенной.

Биг-бум иногда более точно называют сингулярностью Большого взрыва. Этот термин вышел из употребления, отчасти потому, что он неуклюж, а также потому, что я не знаю никого, кто бы считал сингулярность физически реальной.

Ее появление почти наверняка говорит нам о том, что теория Эйнштейна разрушается в экстремальных условиях. Если плотность энергии становится очень большой, то пространство и время очень сильно искривляются, и в конечном итоге становятся важными квантовые эффекты пространства-времени.

Туманность Ориона

Чтобы описать все правильно, нам понадобится теория квантовой гравитации - теория квантовых свойств пространства и времени, - которой у нас нет. Если бы она у нас была, она, вероятно, устранила бы сингулярность.

Именно это происходит во всех других теориях, в которых появляются сингулярности: они являются математическими артефактами, которые возникают в результате использования теории, где она больше не должна применяться.

Примером может служить сингулярность в кривизне поверхности капли воды, когда она отрывается от крана. Эта необычность исчезает, если принять во внимание, что вода состоит из молекул. То, что раньше было точкой бесконечной кривизны, теперь является молекулой, как и все остальные.

 

Теория Эйнштейна разрушается примерно за 10-43 секунды до математической сингулярности, во времена Планка. Поскольку физики не верят в сингулярность, фраза "Большой взрыв" обозначает событие, которое заменяет сингулярность в будущей теории квантовой гравитации. И время Планка тоже. Давайте назовем его именно так - Событие Большого взрыва.

У нас нет никаких доказательств того, что событие Большого взрыва произошло. Мы не можем заглянуть в прошлое так далеко.

Самое раннее прямое наблюдение, которое у нас есть, - формирование космического микроволнового фона, который образовался примерно через 400 000 лет после гипотетического события.

Будьте осторожны: если вы наберёте в Гугле время образования микроволнового фона, то получите ответ, что он образовался 13,7 миллиарда лет назад, - выглядеть так, как будто он образовался во время Большого взрыва. Но это потому, что цифра округлена.

Космический телескоп Джеймса Уэбба ничего не говорит нам о событии Большого взрыва.

Мы хорошо понимаем, как ведет себя материя при плотности энергии, несколько превышающей ту, при которой должен был образоваться микроволновый фон, поэтому мы верим, что наши экстраполяции во времени верны, пока не достигнем плотности энергии, примерно соответствующей техническим требованиям Большого адронного коллайдера.

Телескоп «Джеймс Уэбб» получил изображение туманности Ориона, расположенной на расстоянии 1344 световых лет от Земли, которое, по мнению экспертов, может дать ключ к разгадке первых нескольких миллионов лет существования нашей Солнечной системы

А это приводит нас к 10-12 секундам до гипотетического события. Мы ничего не знаем о том, как ведет себя материя при более высокой плотности энергии - даже плотность в нейтронных звездах ниже.

Итак, 10-12 секунд - это не так много с точки зрения человека, но чтобы добраться от этого момента до события Большого взрыва, нам все равно придется экстраполировать плотность энергии более чем на 50 порядков. О которой у нас есть только предположения.

Это означает, что такое событие произошло только в нашей математике. У нас нет наблюдений, которые могли бы подтвердить его реальность.

Более того, я думаю, что у нас никогда не будет наблюдений, подтверждающих факт Большого взрыва. Некоторые из моих коллег в области астрофизики могут с этим не согласиться. Но как бы то ни было, по крайней мере, на данный момент мы просто не знаем, как началась Вселенная.

То, что у нас нет доказательств в пользу (или против) события Большого взрыва, является причиной того, что у физиков есть большое количество различных гипотез о начале космоса.

 

Помимо события Большого взрыва, наша Вселенная могла родиться из черной дыры; или она могла возникнуть в результате столкновения мембран высших измерений; или запуститься как большая сеть в негеометрической фазе; или циклически развиваться в течение веков, как предложил Роджер Пенроуз.

Наиболее популярной сейчас является идея о том, что она родилась в результате флуктуации квантового поля. Все эти идеи, альтернативные событию Большого взрыва, возможны потому, что мы не можем заглянуть в прошлое достаточно далеко, чтобы отличить их друг от друга.

Телескоп Джеймса Уэбба - удивительный инструмент. Он рассматривает молодые звезды и галактики, которые образовались задолго после космического микроволнового фона, примерно через 200 миллионов лет. Это впечатляет, но ничего не говорит нам о событии Большого взрыва или его альтернативах.

Проблема уже давно заключается в том, что термин "Большой взрыв" используется для обозначения расширения Вселенной в целом, а не создания Вселенной в частности.

 

Однако у нас две отдельные научные гипотезы. У нас есть убедительные доказательства того, что Вселенная расширяется (назовем это Большим взрывом №2), и мы уверены в ее истории примерно до момента электрослабого фазового перехода, что и исследует Большой адронный коллайдер.

На сегодняшний день у нас нет никаких доказательств начала Вселенной, независимо от того, был ли Большой взрыв Событием или чем-то другим.

Исторически первым доказательством расширения Вселенной стало наблюдение Эдвина Хаббла о том, что свет от других галактик систематически смещается в красную сторону, указывая на то, что они удаляются от нас.

Хотя это и было первым доказательством, решающим доводом в пользу расширения Вселенной стало открытие космического микроволнового фона, исключившего конкурирующую гипотезу о "стабильном состоянии" Вселенной.

Как это часто бывает, гипотеза устойчивого состояния была затем пересмотрена с учетом новых данных, но сегодня она считается полностью фальсифицированной, причем не только микроволновым фоном, но и тем, что мы знаем о формировании структур во Вселенной.

Путаницы добавляет лишь то, что расширение Вселенной часто смешивают с определенной моделью расширения Вселенной. В большинстве случаев это конкордантная модель Вселенной, которую иногда также называют стандартной моделью космологии или ΛCDM-Λ - космологическая постоянная и CDM - холодная темная материя (назовем ее Большой взрыв №3).

Однако существует ряд альтернативных моделей, которые приводят к очень похожему расширению, например, MOND, использующая уравнения, отличные от уравнений общей теории относительности, но достаточно похожие, чтобы воспроизвести расширение.

Таким образом, сейчас термин "Большой взрыв" относится к трем различным гипотезам: Событие Большого взрыва, то есть начальная сингулярность, или то, что ее заменяет (нет доказательств); расширение Вселенной (чрезвычайно сильные доказательства); конкретная модель расширения Вселенной (в основном совместимая с доказательствами, но в настоящее время в некотором противоречии с данными).

Я не видела и не слышала, чтобы физики на семинарах или в докладах использовали термин "теория Большого взрыва" применительно к расширению Вселенной. Если они говорят о расширении Вселенной, они либо просто говорят "расширение Вселенной", либо уточняют, какую модель расширения они используют.

Хотя телескоп Уэбб ничего не может рассказать нам о Событии и не пролил свет на то, что Вселенная расширяется, он может поведать нам, совместимо ли образование ранних галактик с конкордантной моделью, в частности, с гипотезой темной материи.

Это связано с тем, что возникновение галактик с темной материей должно происходить медленно и постепенно. Нельзя ожидать, что молодые галактики будут большими. В сценарии с модифицированной гравитацией, напротив, галактики растут гораздо быстрее - и в этом случае можно ожидать появления крупных галактик в ранние периоды.

Первые предварительные данные с телескопа Джеймса Уэбба, похоже, свидетельствуют о наличии крупных галактик в ранние времена, что является проблемой для большинства моделей.

Однако в настоящее время погрешности этих данных велики, и вполне возможно, что в ближайшие месяцы ситуация изменится. Но, по крайней мере, на данный момент астрофизики взволнованы и расстроены тем, что данные, похоже, создают проблемы для моделей расширения.

В привлекающей внимание статье "Большого взрыва не было" Эрик Лернер ставит под сомнение тот факт, что Вселенная вообще расширяется. Его статья была опубликована в августе Институтом искусства и идей, британской организацией, которая, по моему собственному опыту, отдает предпочтение дебатам, а не научной строгости.

Лернер выступает против "космологического истеблишмента и цензуры", указывая на трудности в публикации своей альтернативной теории.

При обычных обстоятельствах статья, в которой выбрасывается научная теория, в мгновение ока опустилась бы на дно интернета.

Но из-за путаницы вокруг термина "Большой взрыв" претензии Лернера набрали обороты. Например, он пишет, что "изображения вопиюще и неоднократно противоречат ... гипотезе Большого взрыва, согласно которой Вселенная началась 14 миллиардов лет назад в невероятно горячем, плотном состоянии и с тех пор расширяется". Но снимки Уэбба ничего подобного не доказывают.

Далее, из эссе становится ясно, что он нападает не на событие Большого взрыва (которое можно обоснованно поставить под сомнение), а на расширение Вселенной. И поскольку это правда, что телескоп Webb предоставил данные, противоречащие конкордантной модели, читатель (или редактор), не знающий разницы, может посчитать статью Лернера разумной.

Но статьи, опровергающие теорию Лернера, сами попадают в ловушку терминов. Я не могу не согласиться с заголовком "Нет, снимки космического телескопа Джеймса Уэбба не опровергают Большой взрыв". Однако любое объяснение только вносит путаницу.

"Как возникла Вселенная?" - начинается статья. "Преобладающая теория гласит, что все сущее началось с Большого взрыва. В двух словах, теория предполагает, что все, везде и сразу внезапно вспыхнуло жизнью... Теория Большого взрыва в настоящее время является лучшей моделью рождения нашей Вселенной".

 

С самого начала статья смешивает расширение Вселенной с событием возникновения мира. Позже в статье читатель узнает:

"Одна из главных причин, почему теория Большого взрыва устояла, - космический микроволновый фон".

Но КМФ возник задолго после события Большого взрыва, если, конечно, событие имело место. КМФ - это всего лишь свидетельство расширения Вселенной, и само по себе оно не является достаточным доказательством для выделения конкретной модели расширения.

Я не особенно удивлена этим фиаско, поскольку много лет назад заметила терминологическую путаницу. Она может быть устранена с помощью одного правила. Если вы хотите говорить о расширении Вселенной или о конкретной модели этого расширения, то просто объясните, что вы имеете в виду.

И оставьте фразу "Большой взрыв" для События Большого взрыва. Я понимаю необходимость заменить математику словами, когда пишешь для неспециалистов, и "Большой взрыв" - это, конечно, запоминающийся термин.

Но мы не должны заменять несколько различных математических понятий одним и тем же словом. Использование четкой терминологии идет на пользу научному общению и затрудняет распространение псевдонауки.