Головна Новости Науковці: ми не знаємо, на скільки довго Всесвіт перебував у гарячому стані

Загадка Великого вибуху: чи був гарячий стан Всесвіту вічним?

Теорія Великого вибуху 40 років залишається в авангарді наукових досліджень. Своїми коріннями вона сягає в 20-е століття, коли фізики розділилися на дві умовні партії: ті, хто хоче рахувати і ті, хто намагається отримати експериментальні висновки.

Сама ж теорія стверджує, що гарячий, щільний стан був найпершим станом Всесвіту, але виникає питання: чи був цей стан вічним? Точніше, на скільки вічним?

Теорія Великого вибуху, вперше запропонована бельгійським фізиком Жоржем Леметром у 1920-х роках, описує Всесвіт як такий, що виник із сингулярності - стану майже нескінченної щільності і температури - приблизно 13,8 мільярдів років тому.

Базові положення гіпотези були підтверджені низкою емпіричних даних, від космічного мікрохвильового фонового випромінювання до спостережуваного червоного зміщення далеких галактик. Звідси науковці вирішили, начбто Всесвіт розширюється, хоча прямих доказів самого процесу розширення вони не знайшли.

Однак питання про те, що було "до" Великого вибуху, постійно вислизало від науковців. Певний час наші фізичні моделі, в основному засновані на загальній теорії відносності, передбачали сингулярність при народженні Всесвіту.

Закони фізики буквально ламалися в цій точці, створюючи завісу, за яку ми не можемо зазирнути. Це змусило багатьох вчених припустити: час як універсальна ознака руху фізичної матерії почався з моменту Великого вибуху, а отже, поняття "до" втрачає науковий сенс.

Космічний телескоп Джеймс Вебб зробив знімок протозірки L1527, викиди з якої утворюють фігуру, схожу на пісочний годинник

Проте така відповідь не задовольнила частину фахівців, які замислюються над глибшими філософськими наслідками космічної теорії. Декілька логічних питань:

  1. Чи міг гарячий, щільний стан Всесвіту бути вічним?
  2. Що означає вічний Всесвіт?

І якщо всесвіт вічний, тоді чи повинні ми “реанімувати” теорію стаціонарного стану? Адже вона відмовляється від таких понять, як “початок” та “кінець”. Але математично не прописує категорію “вічність”.

Втім, теорія стаціонарного стану втратила популярність, оскільки “Великий вибух” отримав більше емпіричних підтверджень. Що, в свою чергу, це не означає загибель ідеї вічного всесвіту.

Деякі теоретичні альтернативи

Нещодавні досягнення в теоретичній фізиці, зокрема в квантовій гравітації та теорії струн, надали фізичні механізми, за допомогою яких гарячий, щільний стан Всесвіту міг виникнути з попереднього стану. А це означає перманентне “самовідродження” вічного Всесвіту.

Деякі космологи навіть припускають, що квантові ефекти поблизу Великого вибуху могли згладити сингулярність до так званого квантового відскоку, коли всесвіт, що раніше стискався, “відскочив” у новий всесвіт, який зараз розширюється. І який ми бачимо сьогодні.

Звісно, гіпотеза дуже спекулятивна і наразі не має емпіричної підтримки, однак вона пропонує спокусливу вірогідність існування циклічного або, в певному сенсі, вічного всесвіту.

 

Ще одна помітна пропозиція походить з теорії струн - теоретичної концепції, в якій точкові частинки фізики елементарних частинок замінюються одновимірними об'єктами, струнами.

Деякі версії теорії струн допускають існування космосу більш високого виміру, де простір перетворюється на 3-вимірною "брану"; вона існує в межах ще більшого ландшафту.

За цим сценарієм, Великий вибух може бути результатом зіткнення між бранами в більш високовимірному просторі, тобто в епоху до Великого вибуху.

Ще одна можливість - квантова теорема вічності. За певних умов ця теорема припускає: якби Всесвіт не мав початку, то не мав би і кінця - він існував би вічно.

Більше того, згідно з квантовою механікою, час можна розглядати як емерджентну властивість, тобто він з'являється лише тоді, коли починається взаємодія, тобто рух частинок.

Але та ж модель “великого вибуху” допускає існування певного періоду до виникнення протонів, нейтронів, електронів та інших “перших”. Такий період — це час? І якщо час виникає в момент взаємодії, то “великий вибух” — це взаємодія з чим? І в просторі, який тільки створювався?

До речі якщо теорія стаціонарного стану невірна, то чому не може існувати "вічної інфляції"? Коли нескінченні регіони космосу зазнають власних окремих епізодів інфляції, народжуючи численні "всесвіти-бульбашки" всередині космічного субстрату, що постійно роздувається.

 

При цьому кожен всесвіт-бульбашка володіє різними фізичними властивостями, законами і продуктує власний "Великий вибух".

Таким чином, мультивсесвіт в цілому можна розглядати як вічно існуючу матрицю, хоча окремі всесвіти в ньому можуть мати різні початки і кінці.

Найбільш радикальна ідея — це ідея позачасового всесвіту. Вона існує в контексті квантової гравітації - галузі, яка намагається примирити квантову механіку та загальну теорії відносності.

Існує пропозиція Хартла-Гокінга, яка припускає, що якби ми відмотали історію Всесвіту назад, то замість того, щоб зіткнутися з сингулярністю під час Великого вибуху, ми б перейшли в просторову область, де час перестає існувати. Звідси і виникає математично точний термін "безмежний". З цієї точки зору, всесвіт виникає з квантового стану, а не з сингулярності, тобто зникає не сам феномен часу, а “початок часу”. Іншими словами, “безмежний” означає “вічний”.

За словами фізика Джона Арчибальда Уілера, "час, серед усіх понять у світі фізики, чинить найбільший опір тому, щоб бути скинутим з ідеального континууму у світ дискретного, інформації, бітів... З усіх перешкод на шляху до глибокого проникнення в суть буття, жодна не постає більш загрозливо, ніж "час". Пояснити час? Не без пояснення існування. Пояснити існування? Не без пояснення часу".