Главная Астрономия 3 теории, альтернативные современной космологии Большого взрыва

Что такое Большой Взрыв?

Возможно, "Большой взрыв" - самый незадачный термин во всей физике. Еще более неудачный, нежели "частица Бога", пишет Альтернативная наука.

Термин, впрочем, неплохо продается, хотя и вводит в заблуждение. Причем он звучит двусмысленно как с научной, так и религиозной точек зрения. Не говоря уже о том, что изначально был придуман для высмеивания ортодоксальной гипотезы происхождения Вселенной.

Мы не будем определять, что такое Большой Взрыв: разночтений на столько много, что на этот вопрос невозможно ответить.

Более того, в космологии существует более глубокая фундаментальная проблема. У нас нет ни физики, ни матемтики, ни другого инструментария для изучения самых ранних моментов в истории космоса.

Мы можем непосредственно наблюдать за эпохой рекомбинации, когда непрозрачная плазма ранней Вселенной очистилась и превратилась в прозрачный газ. Послесвечение этой плазмы мы видим в виде космического микроволнового фона. Астрономические наблюдения возвращают нас к тому времени, когда возраст Вселенной составлял около 380 000 лет.

И только таким образом мы можем сделать косвенные выводы о более ранней эпохе. И попытаться рассчитать физические условия раннего универсума, а также теоретически предсказать (говоря об изначально прошлом), что могло произойти до этого.

Сингулярность в космологии Большого взрыва

Мы способны проверить некую модель, используя коллайдер частиц. И схоластически воссоздать то время, когда возраст Вселенной составлял около миллиардной доли секунды.

Участок неба в районе созвездия Орла

Также теоретически мы можем предсказать, что произошло еще раньше. Однако мы не можем проверить выдвинутую гипотезу - у нас нет достаточно мощных коллайдеров частиц. Но эти предсказания возвращают нас к промежутку времени, когда возраст Вселенной составлял триллионную долю триллионной доли секунды.

Все, коллапс физической науки. Точнее, если мы используем только общую теорию относительности, мы достигаем точки, где все расстояния становятся нулевыми, а температура и плотность неизмеримы по определению.

Сами точки получили название "сингулярности", и та, что используется в космологии Большого взрыва, не единственная из известных.

href="astronomiya/chernye-dyry-sokhranyayutsya-posle-kazhdogo-czikla-rasshireniya-i-szhatiya-vselennoj.html">Сингулярность "присутствует" в черных дырах, в классическом излучении черных тел.. Даже полюса на Земле являются сингулярностями, ибо долгота перестает иметь географический смысл, система координат разрушается.

 

Нечто подобное происходит в космологии Большого взрыва: система координат пространства-времени бессмысленная, потому что ее нет.

Но мы описали только половина проблемы. Прежде чем мы доберемся до сингулярности, условия становятся настолько экстремальными, что нам приходится объединять фундаментальную силу гравитации с тремя другими фундаментальными силами - электромагнетизмом, слабыми и сильными ядерными силами.

Но... мы не знаем, как это сделать. Нам нужно объединить ОТО, которая описывает гравитацию, с квантовой физикой, отвечающей за три остальные силы. Теория Всего не возникает по мановению волшебной палочки.

Некоторые физики возлагают брльшие надежды на квантовую гравитацию, но у нас нет нет такой теории. Возможно, нам придется доказать суперсимметрию, но и это пока нам не по силам.

Сингулярность в черных дырах

Мы не можем описать, что происходит в первую триллионную долю триллионной доли секунды: откуда взялась энергия? что произошло в сингулярности? действительно ли первая триллионная доля триллионной доли секунды длилась триллионную долю триллионной доли секунды? является ли энергия проблемой, учитывая неопределенные результаты в расчетах?

Получен детальный снимок галактики, содержащей две сверхмассивные черные дыры

Однако это не мешает нам строить догадки и рассуждать на тему Большого взрыва. Вот некоторые из наиболее забавных предположений

Предшественники черных дыр

Сингулярности в черных дырах - предсказанные общей теорией относительности - имеют любопытное сходство с сингулярностями в космологии Большого взрыва.

В частности, если экстраполировать от горизонта событий черной дыры до сингулярности, то математика по ту сторону сингулярности черной дыры очень похожа на математику по эту сторону сингулярности Большого взрыва.

Поэтому может оказаться так, что когда звезда коллапсирует в черную дыру, она порождает новую вселенную. То есть энергия новой вселенной берется из предыдущей вселенной. Хотя на самом деле они не обязаны совпадать, потому что мы проходим сингулярность с неопределенными результатами.

 

Отсюда возникают аргументы в пользу тонкой настройки: по мере возникновения новых вселенных те, в которых естественные законы допускают появление черных дыр, порождают больше вселенных, чем те, где природные законы не означают появления большого количества черных дыр.

Таким образом возникает N-мерное количество вселенных, способных создавать черные дыры. Вселенная, которая продуцирует черные дыры, также хороша в звездообразовании, а звезды необходимы для переплавки материи в более тяжелые элементы, планетарные системы и т.д.

Конформная циклическая космология

Циклическая космология - это космология, в которой Вселенная время от времени перезапускается.

Примерно до 2000-х годов такой космологией была теория Большого взрыва: идея заключалась в том, что в конце концов гравитация замедлит расширение и, возможно, обратит его вспять, пока все не перезапустит космос, а далее снова по кругу.

Однако в конце 1990-х годов астрономы заметили, что скорость расширения ускоряется. А это означает, что Большой взрыв должен быть отправлен на помойку. Чего не произошло – отказаться от ошибочной теории невозможно, ибо наука не ошибается.

Волшебником выступил Роджер Пенроуз, предложивший циклическую космологию, соответствующую физическим требованиям нового открытия.

 

Космология Пенроуза зависит от двух вещей: распад протонов (мы не смогли это доказать) и излучение Хокинга (доказали, но не совсем). Первое означает, что материя в конечном итоге распадается на фотоны, а второе - черные дыры испаряются.

Таким образом, когда последний протон трансформируется в фотон или когда испарится последняя черная дыра, останется холодная темная пустая вселенная, заполненная фотонами с красным смещением, уходящими в никуда со скоростью света.

И вот что любопытно: с точки зрения системы отсчета фотонов, нет ни времени, ни расстояния. А если не существует никакой другой системы отсчета, кроме движения фотонов, у нас появляется вселення, находящееся везде в одно и то же время. Сингулярность Большого взрыва.

Если это так, то энергия ноой вселенной тсходит из предыдущей вселенной.

Вселенная с нулевой энергией

Две предыдущие гипотезы построены на идее бесконечного регресса. Но есть вариант существования чистой нулевой энергии.

В рамках этой гипотезы гравитационный потенциал рассматривается как отрицательная энергия. Которая тождественна материальной энергии.

Спиральная галактика NGC 1365, которая в инфракрасном диапазоне обнаруживает намного меньше пыли в перемычке, чем в видимом диапазоне

Любопытно, что энергия над гравитационным потенциалом представляет собой параметр плотности энергии Ω, который влияет на кривизну пространства-времени. Если этот параметр равен 1, то вселенная - плоская геометрически и без кривизны. Она также будет бесконечной. Если больше 1, то универсум замкнут, искривляется сам по себе. Он имеет естественные пределы. Если Ω меньше 1, то он представляет собой геометрически открытую мегасистему, которая будет выгибаться из самой себя в бесконечность.

На данный момент мы получили Ω, равный 1,02±0,02. Это очень близко к 1 - в пределах погрешности. Иными словами, Вселенная либо бесконечна и не имеет искривленной геометрии, либо она искривлена сама по себе, но настолько велика, что кажется бесконечной. Минимальный размер Вселенной, учитывая это значение, в 20 раз превышает ширину наблюдаемого космоса и, вероятно, намного больше.

Но чтобы энергия превышала гравитационный потенциал на 1, это означает, что энергия должна аннулировать гравитационный потенциал. При таком сценарии Вселенная обладает нулевой энергией, и не имеет особых проблем ни с бесконечным регрессом, ни с тем, откуда взялась энергия.

То есть Вселенную можно создать из ничего. Мало того, в каком-то смысле это все равно будет Ничто, только очень неравномерно распределенное.

И последнее

Хотя приведенные выше три гипотезы не нарушают физику, мы не можем их проверить. Есть много других предположений, которые также не нарушают физику, но мы тоже не в состоянии их проверить.

Но они все упираются в мотивы сохранения энергии. Хотя мы даже не знаем, сохраняется ли энергия в сингулярности Большого взрыва.