А что было со Вселенной до Большого Взрыва. Что было до большого взрыва.

Поскольку во время Большого взрыва энтропия минимальна, а наблюдатель во Вселенной всегда воспринимает время в направлении увеличения энтропии, время удаляется от Большого взрыва (хотя в координатах «птичьего полета» и в разных направлениях).

Что было до Большого взрыва?

Мир не существует вечно. Она родилась в пламени Большого взрыва. Но было ли это уникальным явлением в истории Вселенной? Или повторяющееся событие, как рождение звезд и планет? Что если Большой взрыв был просто переходом из одного состояния вечности в другое?

Многие физики утверждают, что изначально существовало небытие, а не небытие. Возможно, наша Вселенная — как и другие — возникла из элементарного квантового вакуума. Но каким бы «простым» ни было такое состояние — которое, согласно законам физики, не может быть меньше квантового вакуума — его нельзя назвать «ничто».

Может ли быть так, что вселенная, которую мы видим, — это просто еще одно совокупное состояние вечности? И является ли странное расположение галактик и скоплений галактик чем-то вроде кристаллической решетки, которая имела совершенно другую структуру в n-мерном мире, существовавшем до рождения нашей Вселенной, и которая может быть предсказана «типом всего», который искал Эйнштейн? И будет ли он найден в ближайшие десятилетия? Ученые пристально вглядываются в стену неизвестности, которая окружает нашу Вселенную, пытаясь понять, что было там мгновение назад, так же как мы привыкли думать, что там точно ничего не было. Какие формы Вечного мира мы можем представить, которые наделяют время и пространство свойствами, невообразимыми в нашей вселенной?

Большой взрыв? Просто фаза перехода из одного состояния вечности в другое.

Среди наиболее перспективных теорий, в которых физики пытаются сжать целую вечность, — теории квантовой геометрии, квантовой спиновой динамики или квантовой гравитации. Абей Аштекар, Тед Якобсон, Ежи Левандовски, Карло Ровелли, Ли Смолин и Томас Тиманн внесли большой вклад в их развитие. Все это — сложные физические конструкции, целые дворцы, построенные из формул и предположений, только для того, чтобы скрыть пустоту, темноту времени и пространства, которая таится в их глубинах.

Обходные пути новых теорий заставляют нас обходить, казалось бы, очевидные истины. Таким образом, в квантовой геометрии пространство и время, ранее разбитые на бесконечности, внезапно распадаются на отдельные островки — сегменты, кванты, которых не меньше. Все отдельные точки могут быть интегрированы в эти «каменные блоки». Само пространство-время становится переплетением одномерных структур — «сетью вращений», т.е. становится дискретной структурой, своего рода цепью, сотканной из отдельных звеньев.

Объем наименьшей возможной космической петли составляет всего 10-99 кубических сантиметров. Эта величина настолько мала, что в одном кубическом сантиметре содержится гораздо больше квантов пространства, чем в тех же кубических сантиметрах наблюдаемой нами Вселенной (объем куба составляет 10-85 сантиметров). Внутри квантов пространства нет ничего, ни энергии, ни материи — точно так же, как внутри математической точки, по определению, нельзя найти треугольник или икосаэдр. Однако если применить гипотезу о «субмикроскопической паутине Вселенной» для описания Большого взрыва, то получаются удивительные результаты, как показали несколько лет назад Абей Аштекар и Мартин Боджовальд из Пенсильванского университета. Если заменить дифференциальные уравнения стандартной космологической теории, которые предполагают непрерывный поток пространства, другими дифференциальными уравнениями, полученными из теории квантовой геометрии, то загадочная сингулярность исчезает. Физика не заканчивается там, где начинается Большой взрыв — таков первый обнадеживающий вывод космологов, которые отказались принять видимые свойства Вселенной за истину в последней инстанции.

Читайте также

Наша Вселенная возникла в результате Большого взрыва 13,7 миллиарда лет назад, и поколения ученых на протяжении многих поколений пытались понять этот феномен. В конце 1920-х годов Эдвин Хаббл обнаружил, что все галактики, которые мы можем видеть, разлетаются — как фрагменты

Расширение Вселенной было предсказано теоретически как следствие применения общей теории относительности к космологическим проблемам. Первая работа в этой области была выполнена талантливым советским математиком

Начинайте с большого

Начните с самых больших проблем Исправлять рукопись имеет смысл, начав с самых больших проблем. Если вдруг окажется, что в сюжете есть большой пробел, заполнение которого требует пересмотра первых шести глав, нет смысла предварительно редактировать диалоги,

Вид ночного неба, усеянного звездами, завораживает любого, чья душа еще не потускнела и не очерствела. Таинственная глубина вечности открывается перед удивленным взором человека и вызывает отражение

«Теоретики думают о возможности бесконечного числа вселенных, и в какой-то момент мы можем найти четкие модели, способные объяснить, почему величины (например, основные свойства наблюдаемых нами частиц) отличаются друг от друга в каждой отдельной вселенной», — говорит Фойгт.

Аристотель против Эдвина Хаббла

Но были и люди, которые, подобно Аристотелю, верили, что Вселенная не имеет начала и конца и будет продолжаться вечно. В начале двадцатого века так считало и большинство ученых. Если человеческая цивилизация, как и Вселенная, существует так долго, может ли она продолжать развиваться вечно, или за расцветом последует упадок?

Аристотель и некоторые другие выдающиеся мыслители считали, что природные катастрофы происходят время от времени, неизбежно отбрасывая человечество на ранние этапы становления цивилизации.

Но и ученые, и богословы согласны с тем, что Вселенная статична и неизменна. То есть ни тысячи лет назад, ни десятки тысяч лет спустя картина звездного неба не изменится.

Мир кардинально изменился только в 1929 году, когда американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил расширение Вселенной. Этот факт резко контрастирует с идеей о том, что Вселенная «статична». Галактики удалялись друг от друга все быстрее и быстрее, чем больше было расстояние между ними. Основываясь на скорости, с которой галактики распадались, Хаббл предположил, что это внезапное расширение началось около 20 миллиардов лет назад (сегодня считается, что Вселенная образовалась 13-15 миллиардов лет назад).

Теория Большого взрыва – не самая удобная, но зато все объясняющая. Почти все

Поскольку Вселенная больше не была неизменной (отныне!), она должна была каким-то образом появиться.

Конечно, вскоре возникли теории о его появлении. Они были основаны на гипотезе, что если повернуть время вспять, то галактики начнут сжиматься, а температура Вселенной будет расти, пока она не сожмется до сингулярности.

Физики начали разрабатывать математическую основу для процессов, с помощью которых Вселенная возникла из одной точки. Поэтому в 1930 году Эдвин Хаббл сам предложил теорию, которую позже назвали теорией Большого взрыва. Она была основана на идее, что Вселенная возникла из сингулярности.

Последующее расширение Вселенной, ее расширение и последующее охлаждение горячего газа первобытного периода в конечном итоге привело к образованию звезд и галактик.

Эта теория хорошо согласуется с астрономическими наблюдениями.

• Во-первых, галактики действительно «распадались» именно так, как предсказывала теория.
• Во-вторых, в 1964 году было обнаружено так называемое остаточное микроволновое излучение, пронизывающее всю Вселенную, которое, должно быть, осталось после того, как первоначальный газ остыл.
• В-третьих, Большой взрыв должен был породить огромное количество водорода, дейтерия, гелия и лития, которые мы наблюдаем сегодня.

Неудивительно, что теория большого взрыва считается классической теорией происхождения Вселенной.

Как выглядела Вселенная, когда законы физики не действовали? Я уверен, что тебе это нравится.

Тем не менее, оставались некоторые вещи, которые теория Большого взрыва не могла объяснить. Вот самые важные из них:

• Где именно находится точка, в которой была создана наша Вселенная?
• Как именно из сингулярности могло возникнуть такое большое количество материи и энергии?
• Если газ, из которого образовались звезды и галактики, просто расширяется и остывает после взрыва, то Вселенная должна быть однородной. Однако в действительности галактики образуют скопления — скопления галактик, которые сами являются частью еще более сферических структур. Даже анализ остаточного излучения показал, что в то время, когда во Вселенной не было ни звезд, ни галактик, в первичном газе уже существовали неоднородности.
• Наконец, все физические законы, которые мы используем для описания окружающего нас мира, просто не работают, когда мы пытаемся описать поведение материи и энергии в первичной сингулярности. Поэтому мы можем описать только то, что произошло после Большого взрыва, но не сам Большой взрыв или, что более важно, то, что произошло до Большого взрыва.

Конечно, можно возразить, что абсурдно говорить о времени ДО большого взрыва, поскольку пространство и время возникли в момент большого взрыва, потому что до него ничего не существовало.

Однако такое утверждение недостаточно логично, должно быть что-то, что вызвало Большой взрыв. В результате были разработаны различные теории, которые пытаются объяснить тайну происхождения Вселенной.

Теории объясняющие то, что было до Большого взрыва

В 1960 году физик Джон Уилер разработал теорию «пульсирующей Вселенной». Согласно этой теории, за расширением Вселенной следует сжатие до сингулярности, затем взрыв, и Вселенная снова расширяется… и так далее до бесконечности.

Другая теория предполагает наличие про-вселенной. То есть, еще до Большого взрыва материя должна была возникнуть из ничего. Теория protovellum относится к белым дырам, теоретическим объектам, которые являются антиподами черных дыр. Из белых дыр, в отличие от черных, материя должна вытекать в неограниченных количествах со скоростью света, как правило, из ничего. Эта теория могла бы объяснить неоднородность Вселенной, но проблема в том, что белых дыр пока не обнаружено.

Теория инфляции была разработана в 1981 году физиком частиц Аланом Гутом. Эта теория объясняет, как элементарные частицы «приобрели» массу на основе скалярного поля материи. Объединив выражения для скалярного поля с уравнениями Эйнштейна, описывающими расширение Вселенной, Гут разработал теорию, согласно которой материя была создана из ничего, а затем начала экспоненциальное расширение в соответствии с теорией Большого взрыва.

Существует также теория «пузыря» и теория самосоздания Вселенной.

Согласно первому варианту, наша Вселенная возникла из квантовой пены «материнской Вселенной». На квантовом уровне эта пена «вспенивается» из-за энергетических флуктуаций. Они создают крошечные пузырьки и червоточины. Если флуктуации не слишком велики, образующиеся «вселенские пузыри» расширяются, как надутые воздушные шары, затем сжимаются и исчезают. Но если флуктуации велики, то эти «пузыри» не «лопаются», а «раздуваются» в независимые вселенные.

Теория самосозидания предполагает, что каждый «пузырь» квантовой пены или инфляционной (расширяющейся) вселенной создает другие «пузыри», которые, в свою очередь, создают другие «пузыри», и так далее. К сожалению, инфляционные теории имеют тот недостаток, что они также не могут дать объяснение тому, что произошло до того, как Вселенная «взорвалась».

Для решения этой проблемы Джеймс Хартл и Стивен Хокинг в 1983 году предложили свою теорию. В его основе лежит идея о том, что Вселенная не имеет границ. Если мы идем по сферической поверхности Земли (считайте, что это гладкая сфера), мы можем идти в любом направлении столько, сколько захотим, не задевая границ.

Модель Хокинга и Хартла основана на квантовой теории, которая объединяет общую относительность и квантовую механику. Квантовая теория определяет волновую функцию, которая описывает все возможные квантовые состояния частицы (например, электрона). Значение волновой функции указывает на вероятность того, что частица находится в определенном состоянии, т.е. чем больше функция, тем больше вероятность.

В теории Хокинга и Хартла Вселенная рассматривается как частица, и вводится своего рода волновая функция, которая описывает все возможные вселенные. Для нашей вселенной значение этой волновой функции велико, а для других возможных параллельных вселенных оно близко к нулю. Эти вселенные должны иметь ряд других физических констант, которые несовместимы с происхождением «нашей» жизни.

Конечно, представленные модели являются умозрительными, но в принципе они соответствуют современному состоянию развития физики и результатам астрономических наблюдений последних двух десятилетий. В любом случае ясно одно. Большой взрыв был обычным, естественным событием и не единственным в своем роде.

Смена физики

Возможно, что Вселенная до Большого взрыва была бесконечным пространством сверхплотной материи, которая оставалась стабильной, пока не произошел Большой взрыв — по какой-либо причине. Эта сверхплотная вселенная может подчиняться законам квантовой механики, физики чрезвычайно малых масштабов. Во времена Большого взрыва на смену ей пришла классическая физика, которая стала главной движущей силой эволюции Вселенной.

Одна из идей заключается в том, что Большой взрыв — это не начало времени, а скорее момент симметрии. До этого момента существовала другая вселенная, идентичная нашей, но с возрастающей энтропией в направлении прошлого, а не будущего.

Возрастающая энтропия или возрастающий беспорядок в системе известного нам мира — это, по сути, стрела времени в действии. Поэтому в зеркальной вселенной время движется в противоположном направлении. Сторонники этой теории также утверждают, что другие свойства известной Вселенной также обратимы в зеркальном мире. Например, физик Дэвид Слоан написал в научном блоге Оксфордского университета, что хиральность (или асимметрия) в молекулах и ионах находится в направлении, противоположном нашей Вселенной.

Кусок пространства-времени

Согласно другой теории, Вселенная, какой мы ее знаем, может быть потомком другой, более высокого уровня Вселенной, из которой была выдавлена часть пространственного времени.

Скопление галактик, состоящее из тысяч отдельных галактик в 2,1 миллиарда световых лет от Земли. Вселенная, которую мы видим, невообразимо велика и может существовать вечно. Предоставлено НАСА, ЕКА и Йоханом Ричардом (Калифорнийский технологический институт, США).

Это похоже на радиоактивный распад: когда атомное ядро распадается, оно выбрасывает альфа- или бета-частицу. Физики считают, что так же могла поступить и материнская Вселенная. Правильно то, что вместо частиц она порождает бесконечное число дочерних вселенных. Такие детские вселенные являются «буквально параллельными вселенными и никак не взаимодействуют и не влияют друг на друга».

Неизмеримая концепция

Примечательно, что для Стивена Хокинга момент Большого взрыва был единственным, который имел значение. По его словам, все события до этой критической точки просто не поддавались измерению и поэтому были неопределенными. Только время и пространство имеют значение, всегда подчеркивал ученый. «Время и пространство конечны, но у них нет границ, нет точек начала или конца, так же как планета Земля конечна, но не имеет края». — Он объяснил это в интервью National Geographic StarTalk в 2018 году.

«Поскольку события, предшествовавшие Большому взрыву, не имеют последствий для наблюдения, их можно исключить из теории, и мы можем предположить, что время началось с Большого взрыва», — утверждал Хокинг. Он может быть прав. Однако ученые еще не потеряли надежду выяснить, что произошло до начала времен.

Терк описывает модель следующим образом: «Представьте себе инфляционное расширение Вселенной как взрыв динамита. Инстантон подобен самовоспламеняющемуся фитилю. Инстантон, по определению, содержит материю, гравитацию, пространство и время. В то же время она неизбежно станет расширяющейся, бесконечной вселенной.

Модель «Большого отскока»

Так оно и было. Или не было.

Согласно одной из гипотез, низкая энтропия в нашей Вселенной объясняется тем, что ее появление было результатом распада «предыдущей» Вселенной. Эта гипотеза утверждает, что наша Вселенная могла возникнуть в результате быстрого сжатия («отскока»), вызванного сложными квантовыми гравитационными эффектами (сингулярность), что в свою очередь привело к Большому взрыву. Это, в свою очередь, может говорить о том, что в любой момент времени мы можем жить в бесконечной череде возникающих вселенных или, наоборот, в «первой итерации» Вселенной.

Эту гипотетическую модель возникновения Вселенной иногда называют моделью «большого взрыва». Первое упоминание этого термина относится к 1960-м годам, но только в 1980-х и начале 1990-х годов эта модель стала более или менее сформулированной гипотезой.

Может ли Большой взрыв привести к новому Большому взрыву?

Среди менее спорных моментов — то, что модель Большого взрыва имеет явные недостатки. Например, идея коллапса до сингулярности противоречит общей теории относительности Эйнштейна — правилам, по которым работает гравитация. Физики считают, что эффект сингулярности может существовать внутри черных дыр, но известные нам законы физики не могут предоставить механизм, объясняющий, почему «другая вселенная», достигшая сингулярности, должна произвести Большой взрыв.

«В общей теории относительности нет ничего, что показывало бы, что новая вселенная «отскакивает» в результате сингулярности, — говорит Шон Кэрролл.

Однако это не единственный серьезный пункт разногласий. Действительно, модель «большого скачка» предполагает линейный временной путь с уменьшающейся энтропией, но, как уже упоминалось ранее, энтропия только увеличивается со временем. Другими словами: Согласно известным нам физическим законам, возникновение прыгающей Вселенной невозможно.

Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.

Дальнейшее развитие модели привело к гипотезе о том, что время во Вселенной может быть циклическим. Но модель все еще не может объяснить, как текущее расширение Вселенной должно смениться сжатием. Однако это не обязательно означает, что модель Большого взрыва полностью ошибочна. Возможно, наши нынешние теории об этом просто ошибочны и не до конца продуманы. В конце концов, известные нам сегодня законы физики были выведены на пределе того, что мы можем наблюдать во Вселенной.

Модель «Спящей» Вселенной

«Возможно, Вселенная до Большого взрыва представляла собой нечто вроде очень компактного, медленно эволюционирующего статичного пространства», — считают такие физики, как Курт Хинтербихлер, Остин Джойс и Джастин Хури.

Эта «довзрывная» Вселенная должна была иметь метастабильное состояние, то есть она была стабильной до тех пор, пока не возникло еще более стабильное состояние. Для аналогии представьте себе скалу, на краю которой лежит валун, который вибрирует. Любой контакт с валуном привел бы к его погружению в пропасть или, ближе к нашему случаю, к большому взрыву. Согласно некоторым теориям, до взрыва Вселенная могла существовать в другой форме, например, в сплющенном и очень плотном пространстве. В конце концов, этот метастабильный период закончился: он резко расширился и принял ту форму и состояние, которые мы видим сегодня.

«Однако модель инерциальной Вселенной также имеет свои проблемы, — говорит Кэрролл.

«Она также предполагает, что наша Вселенная имеет вид низкой энтропии, но не объясняет, почему это так».

Хинтербихлер, физик-теоретик из Западного резервного университета Кейза, однако, не считает появление низкой энтропии проблемой.

«Мы просто ищем объяснение динамики, имевшей место до Большого взрыва, которая объясняет, почему мы видим то, что видим сейчас. Это единственное, что у нас есть на данный момент», — говорит Хинтербихлер.

Кэрролл, однако, считает, что существует еще одна теория «до взрыва», которая может объяснить низкий уровень энтропии в нашей Вселенной.

Модель «Мультивселенной»

Возникновение новых вселенных из «материнской вселенной».

Гипотетическая модель мультивселенной позволяет избежать уменьшения энтропии в модели «большого взрыва» и предлагает объяснение низкого уровня энтропии в наши дни, сказал Кэрролл. Эта идея восходит к «инфляции», широко принятой, но неполной модели Вселенной. Термин «инфляция» и первое объяснение этой модели были придуманы в 1981 году физиком Аланом Гутом, который сейчас работает в Массачусетском технологическом институте. Согласно этой модели, после Большого взрыва пространство резко расширилось. На самом деле, настолько резко, что скорость этого расширения была быстрее скорости света. Согласно квантовой механике, в пространстве постоянно происходят случайные, едва уловимые колебания энергии. В какой-то момент во время инфляционного периода пики этих флуктуаций достигли максимума и породили галактики, пустоты и крупномасштабные структуры с низкой энтропией, которые мы наблюдаем во Вселенной сегодня.

Сама инфляционная модель была разработана на основе наблюдений за космическим микроволновым излучением, самым древним видом излучения, которое появилось всего через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва. Ученые считают, что инфляционная модель идеально предсказывает его существование.

Посетите наш специальный чат в Telegram. Там всегда есть кому обсудить новости высоких технологий.

Согласно одной из гипотез, мультивселенная может быть результатом инфляции. Гипотеза заключается в том, что существует очень, очень большая вселенная, из которой время от времени возникают более компактные вселенные. Связь между этими вселенными невозможна. Маркус Ву из PBS Nova объясняет:

«В начале 1980-х годов физики начали считать, что инфляция может быть бесконечной по своей природе и останавливаться только в определенных регионах Вселенной, создавая своего рода замкнутые «карманы». Между этими карманами, однако, инфляция продолжается со скоростью, превышающей скорость света. Изолированные «карманы», в свою очередь, со временем становятся вселенными».

Кэрролл наиболее впечатлен этой моделью, хотя предложенная им модель несколько отличается от описанной выше:

«Это просто версия теории мультивселенных, но главное отличие в том, что «материнская вселенная» может иметь высокую энтропию и порождать вселенные с низкой энтропией», — говорит Кэрролл.

Согласно этой модели, до Большого взрыва существовало большое, обширное пространство, из которого возникла наша Вселенная и бесконечное число других вселенных. Другие вселенные находятся за пределами нашей способности обнаружить их и могли возникнуть как до, так и после нашей Вселенной.

Следует отметить, что в настоящее время это одна из самых популярных моделей. Но ученые, конечно, видят это по-другому. Одни поддерживают эту идею, другие не согласны с ней вовсе. Если взять пример Питера Фойгта из Колумбийского университета, то теория мультивселенной, даже если она кажется очень привлекательной с научно-популярной точки зрения, может сделать физиков вялыми и заставить их прекратить поиски ответов на самые фундаментальные вопросы, например, почему физические константы в нашей Вселенной именно такие, какие они есть после того, как мы приписали все вариациям.

Конечно, вскоре возникли теории о его появлении. Они были основаны на гипотезе, что если повернуть время вспять, то галактики начнут сжиматься, а температура Вселенной будет расти, пока она не сожмется до сингулярности.

Гипотезы

Ученые часто задумывались об этом. Проблема в том, что большинство научных разработок в этом направлении являются спекуляциями. Это не подтверждается никакими данными наблюдений. У ученых нет (почти) никакого способа узнать что-либо о возможном «до». Но мысль есть.

Например, существует гипотеза о так называемой эфемерной Вселенной. Она предполагает, что наша Вселенная — это не все. Это лишь часть сверхъестественной вселенной. И в этой мультивселенной может существовать множество вселенных, которые время от времени сталкиваются друг с другом. Такое столкновение могло выглядеть как то, что мы называем Большим взрывом. И космический микроволновый фон может служить доказательством этого столкновения. Но, к сожалению, никаких доказательств пока не найдено. И шанс найти его в будущем становится все меньше и меньше.

Существуют и другие модели. Столь же спекулятивны и недоказуемы, а в некоторых случаях уже опровергнуты. Но, по сути, есть только две возможности. Первая заключается в том, что наша вселенная — это всего лишь одна часть более крупной мультивселенной. И в этой мультивселенной произошли некоторые процессы, которые привели к Большому взрыву.

Мультивселенная или цикл?

Теории мультивселенной не новы. И они продолжают всплывать в современной науке. И вполне возможно, что один из множества вариантов описывает реальность. Однако это решает проблему Большого взрыва только в краткосрочной перспективе. Ибо сразу возникает вопрос: как возникла мультивселенная? Был ли какой-то «взрыв»? И если да, то что существовало до этого? Вопрос просто сдвигается. Без ответа.

Вторая версия ответа на вопрос о том, что существовало до Большого взрыва, описывает Вселенную, которая является круговой. То есть, она расширяется из точки, а затем снова сжимается, пока снова не станет точкой. А потом все начинается сначала. В этом случае наш Большой взрыв был не более чем последним мгновением в жизни другой вселенной, до которой была другая вселенная, и так далее. Один из возможных ответов на вопрос «Что существовало до Большого взрыва?». В данном случае это будет «Большой взрыв». И это тоже неправильный ответ. Потому что в какой-то момент должен был произойти первый большой взрыв. Невозможно, чтобы процесс не имел начала…..

Но что же было до Большого взрыва?

Возможно, в какой-то момент в будущем (возможно, в не слишком отдаленном будущем) ученые узнают, что именно произошло 13,8 миллиарда лет назад, когда возникла наша Вселенная. И как именно произошло событие, которое мы называем Большим взрывом.

Но эти знания не дадут ответа на главный вопрос. Ведь когда мы спрашиваем: «Что было до Большого взрыва?», мы обычно подразумеваем: «Как это появилось?». Почему вообще что-то существует? Почему есть что-то? Как оно возникло из ничего?». И как бы вы ни старались ответить на этот вопрос, в конечном итоге вы потерпите неудачу. Вопрос о начале ведет либо к другому началу, перед которым было еще одно начало, перед которым было еще более раннее начало и т.д., либо к вселенной без начала. Ни одно, ни другое для нас немыслимо.

Возможно, ответа на вопрос о том, что предшествовало Большому взрыву, просто не существует. Потому что мы недостаточно умны, чтобы правильно задать вопрос. Возможно, ответ есть, но мы никогда не будем достаточно умны, чтобы найти его. Но, возможно, однажды мы найдем его.

До этого момента, к сожалению, нельзя сделать никаких конкретных выводов о времени «до» Большого взрыва…..

«В общей теории относительности нет ничего, что показывало бы, что новая вселенная «отскакивает» в результате сингулярности, — говорит Шон Кэрролл.

Туннелирование из ничего

«Оказывается, ложный сверхплотный вакуум, который, как мы знаем, склонен к инфляции — расширению с чудовищной скоростью — может быть стабильным, если «участок» такого вакуума меньше критического размера Rcrit — этот участок стабилизируется поверхностным натяжением».

Однако, абсолютно стабильной такая капля быть не может — она может спонтанно туннелировать в состояние с R > Ркрит:

Как всегда, вероятность туннелирования уменьшается экспоненциально:

Конечно, вам интересно, откуда взялась первоначальная капля? Именно отсюда берет начало самая элегантная модель. Обратите внимание, что при R=0 вероятность не стремится к нулю! То есть из туннеля может выйти большая капля. ничего!

Философская заметка N1: И да, оказывается, что физические законы существуют ДО того, как что-либо появляется на свет. Чистый платонизм.

Философская заметка N2: В какой момент произошло прокладывание туннеля? Это бессмысленный вопрос, мы можем просто предположить, что это время t=0. Любое другое число вместо 0 не имеет никакого эффекта, здесь мы имеем приблизительно инвариантность меры времени.

Big Rip — reset

Извините, это еще одна моя идея. Рассмотрим сценарий «большой разрыв — большой разрыв». Ускоренное расширение неизбежно приводит к появлению космологических горизонтов — наш сейчас находится на расстоянии 46 миллиардов световых лет.

Каждый горизонт излучает — возможно, вы слышали о том, что черные дыры медленно испаряются через свои горизонты с помощью излучения Хокинга. Процесс идет очень медленно, но не потому, что излучение Хокинга не генерируется в достаточном количестве — оно генерируется с огромной интенсивностью — оно просто ослабляется гравитационным полем черной дыры в такой же огромной степени. Для космологических горизонтов такой проблемы нет, но они очень далеки и излучение от них слабое.

Но в сценарии Big RIP горизонты сближаются — и в конце концов они будут максимально приближены. Пространство заполняется излучением, что увеличивает среднюю плотность. Я разместил эту идею на PhysicsForums, совершив типичный безумный поступок, см. индекс безумия, а именно номер 15:

10 баллов за каждое утверждение «Я не силен в математике, но моя теория концептуально верна, поэтому мне просто нужно, чтобы кто-то выразил ее в уравнениях».

Удивительно, но это сработало, и люди быстро поняли, что плотность излучения Хокинга увеличивается так быстро, что это остановит Большой взрыв! После этого мир снова превратится в топкое болото, как сразу после крушения ложного вакуума.

Основной проблемой циклических вселенных является накопление энтропии, но здесь дело обстоит иначе — энтропия «распределена» по огромному объему. Подобно раздуванию пространства, она превосходит все, что было до нее: Война Инфляция уничтожит все.

Сейчас я думаю о числах 21 и 25.

Дарвинизм черных дыр

Идея Смолина. Короче говоря, внутри черной дыры нет сингулярности, но создается новая вселенная, хотя она недоступна снаружи. Однако это именно то, что предсказывает родственная теория общей относительности Картана, ГРТ Эйнштейна.

Такая теория похожа на вечную инфляцию, но здесь вселенные с большим количеством черных дыр, то есть с большим количеством звезд, имеют больше «детей». Если параметры вселенных могут быть изменены при рождении, то возможен подобный «естественный отбор».

В чем именно заключается проблема? Теория Большого взрыва — это теория не о Большом взрыве, а о том, что произошло после Большого взрыва. Сам Большой взрыв выглядит как математическая сингулярность, что плохо — физики не любят бесконечности. Поэтому задача всех теорий большого взрыва — избавиться от этих бесконечностей.

Радикальная альтернатива

Профессор Стейнхардт внес важный вклад в развитие стандартной теории большого взрыва в 1980-х годах. Однако это ни в коей мере не помешало ему искать радикальную альтернативу теории, в которую он вложил столько труда. Как объяснил «Популярной механике» сам Пол Стейнхардт, инфляционная гипотеза ставит много космологических загадок, но это не значит, что не нужно искать другие объяснения. Позже, изучая проблему более глубоко, я убедился, что инфляционная теория не столь совершенна, как утверждают ее сторонники. Когда была разработана инфляционная космология, надеялись, что она объяснит переход от хаотического первобытного состояния материи к нынешней упорядоченной Вселенной. Да, но все пошло гораздо дальше. Внутренняя логика теории требовала осознания того, что инфляция постоянно порождает бесконечное число миров. В этом не было бы ничего плохого, если бы их физическая структура была такой же, как у нас, но это не так. С помощью инфляционной гипотезы можно было бы объяснить, например, почему мы живем в плоском евклидовом мире, а большинство других вселенных не имеют такой же геометрии. Короче говоря, мы разработали теорию для объяснения нашего собственного мира, которая вышла из-под контроля и породила бесконечное разнообразие экзотических миров. Эта ситуация меня больше не устраивала. Действительно, обычная теория не в состоянии объяснить природу предшествующего состояния, которое предшествует экспоненциальному расширению. В этом смысле она так же неполна, как и доинфляционная космология. Наконец, она ничего не может сказать о природе темной энергии, которая определяет расширение Вселенной на протяжении 5 миллиардов лет.

Теория делового цикла существует в различных версиях, как и теория инфляции. Однако, по мнению Пола Стейнхардта, различия между ними чисто технические и представляют интерес только для специалистов, а общая идея остается неизменной. Существуют периодические фазы интенсивного образования материи и излучения, которые можно назвать большим взрывом, если хотите. Но ни одна из этих фаз не знаменует собой возникновение новой вселенной, только переход от одного цикла к другому. Пространство и время существуют как до, так и после одной из этих катастроф. Поэтому очень разумно спросить, какова была ситуация за 10 миллиардов лет до последнего большого взрыва, по сравнению с которым измеряется история Вселенной.

Второе основное различие заключается в природе и роли темной энергии. Инфляционная космология не предсказала переход от замедления к ускорению расширения Вселенной. И когда астрофизики открыли это явление, наблюдая за вспышками далеких сверхновых, основная космология не знала, что с этим делать. Гипотеза темной энергии была просто сформулирована, чтобы как-то связать парадоксальные результаты этих наблюдений с теорией. И наш подход гораздо лучше связан с внутренней логикой, потому что у нас есть темная энергия по своей природе, и она обеспечивает чередование космологических циклов. Однако, как отмечает Пол Стейнхардт, циклическая теория имеет и слабые стороны: «Мы не смогли убедительно описать столкновение и столкновение параллельных мембран, которые происходят в начале каждого цикла. Другие аспекты циклической теории проработаны гораздо лучше, и еще предстоит разрешить множество неясностей.

Монопольная бомба

Отец американской водородной бомбы, Эдвард Теллер, постоянно думал о том, как создать сверхмощное оружие. За обедом с Нилом Туроком, известным физиком-теоретиком и космологом, он рассказал ему, что работает над магнитными монополями — гипотетическими частицами, имеющими магнитный заряд вместо электрического. К ужасу своего партнера, Теллер сразу же подумал о том, как он может использовать монополи в качестве наполнителя для супербомбы.

О каких частицах идет речь? Согласно классической и квантовой электродинамике, электрические заряды и электрические токи являются источником электромагнитных полей. В принципе, можно предположить, что существуют также магнитные заряды, которые несут в себе частицы особого рода, проявляющиеся в виде отдельных магнитных полюсов. Поток таких магнитных монополей может образовывать специфический ток — опять же, не электрический, а магнитный. Магнитные заряды и магнитные токи можно легко ввести в уравнения Максвелла, что только сделает их более симметричными. В 1894 году эта идея пришла в голову Пьеру Кюри, который работал не только над радиоактивными элементами, но и над магнитными явлениями. Кюри ограничился упоминанием об этом в короткой заметке, поскольку никто никогда не наблюдал таких зарядов и токов.

Заряд для супербомбы Вакуумное поле в центре монополя сохраняет экзотические свойства, которыми оно обладало до автономизации сильного взаимодействия. Как рассказал «Популярной механике» Леонард Сасскинд, профессор теоретической физики Стэнфордского университета, такое поле должно катализировать распад протонов. Поэтому, когда протон сталкивается с монополем, он неизбежно превращается в более легкие частицы, такие как нейтральный пион и позитрон. Это была бы настоящая аннигиляция и не требовала бы антиматерии. Идеальная начинка для супербомбы! Изображение.

Следующий шаг был сделан Полем Дираком в 1931 году. Он обнаружил, что гипотеза о магнитных монополях не только не противоречит принципам квантовой физики, но и приводит к очень интересным последствиям. Его расчеты показали, что произведение любого электрического заряда на заряд монополя равно половине произведения постоянной Планка на скорость света, умноженной на целое число или на ноль (последнее означает, что в природе не существует монополей, поскольку известно, что электрические заряды существуют). Формула Дирака показывает, что в системе СГС минимальный заряд монополя почти в 70 раз больше заряда электрона. Поэтому монополь очень сильно отклоняется магнитными полями и может быть легко обнаружен — в фотолюминесцентной эмульсии или в камере Вильсона. С 1951 года люди искали эти частицы в космических лучах, а затем в ускорителях, но всегда безуспешно. Все указывало на то, что монополей либо вообще не существует, либо они не возникают в окрестностях Солнечной системы.

Замороженные монополи

Осенью 2009 года журнал Science опубликовал работу двух групп ученых — немецко-британской под руководством ученых из Берлинского центра имени Гельмгольца (HZB) и французско-британской под руководством исследователей из Института Лауэ-Ланжевена в Гренобле — которые создали твердотельные модели магнитных монополей для титанового диспрозия (Dy₂Ti₂O₇Этот материал имеет четыре свободных магнитных спина в каждом узле кристаллической решетки, что позволяет использовать различные ориентации. Это похоже на конфигурацию молекул воды во льду, отсюда и общее название этих материалов «спиновый лед».

Спиновые спагетти В спиновом льду при низких температурах в магнитном поле образуется сеть переплетенных спиновых цепочек («спиновые спагетти»), которые на расстояниях, значительно превышающих расстояния между атомами, напоминают струны Дирака — гипотетические одномерные объекты с монополями и антимонополями на концах. Струны Дирака в оригинальной модели не наблюдаемы; предполагается, что их концы являются свободными частицами. Изображение.

Конечно, это не настоящие монополи, а их имитация — особые коллективные возбуждения квазичастиц в средах с особыми магнитными свойствами, которые ведут себя как монополи при сканировании нейтронами на больших масштабах. При меньших масштабах это сходство исчезает. Микроскопическое магнитное поле «спиновой спагетти» не создает сингулярности на краях, в то время как поле реального монополя стремится к бесконечности в своей окрестности.

Если эта теория верна, почему монополи не могут быть обнаружены? Частицы с такой гигантской массой не могут быть получены ни в ускорителях, ни в космических лучах. Согласно стандартной космологической теории, монополи были созданы до расширения Вселенной, которая настолько расширила пространство, что их плотность упала до ненаблюдаемых уровней. Если верить круговой космологии, то Вселенная никогда не нагревалась до температур, при которых могли бы возникнуть монополи. Поэтому либо плотность этих частиц очень мала, либо их просто не существует.

А как насчет монопольной бомбы? В конце концов, у Теллера были основания надеяться на такое развитие событий. Единственный вопрос заключался в том, где найти монополи?