Что случилось до Большого взрыва?
Теория Большого отскока когда-то считалась невозможной. Но два физика только что воскресили его.
Художественная интерпретация Большого взрыва
В начале был бесконечно плотный, крошечный шарик материи. Затем все взорвалось, породив атомы, молекулы, звезды и галактики, которые мы видим сегодня.
Или, по крайней мере, это то, что нам говорили физики в течение последних нескольких десятилетий.
Но новое исследование теоретической физики недавно открыло возможное окно в очень раннюю вселенную, показав, что она может быть не очень ранней в конце концов. Вместо этого это может быть просто последняя итерация цикла взрыва и отскока, который продолжается уже… ну, по крайней мере, один раз, и, возможно, навсегда.
Конечно, прежде чем физики решат отказаться от Большого взрыва в пользу цикла отскока, эти теоретические предсказания должны будут выдержать натиск наблюдательных испытаний.
Прыгающие космологии
Ученые действительно хорошо представляют очень раннюю вселенную, которую мы знаем и любим как теорию Большого взрыва. В этой модели долгое время назад Вселенная была намного меньше, намного жарче и плотнее, чем сегодня. В этом раннем аде 13,8 миллиардов лет назад все элементы, которые делают нас теми, кто мы есть, были сформированы в течение дюжины минут.
Еще раньше это размышление идет о том, что в какой-то момент вся наша вселенная - все звезды, все галактики, все что угодно - была размером с персик и имела температуру более четырех миллиардов градусов.
Удивительно, но эта фантастическая история выдерживает все текущие наблюдения. Астрономы сделали все от наблюдения остатка электромагнитного излучения из молодой вселенной до измерения изобилия самых легких элементов и обнаружили, что все они соответствуют тому, что предсказывает Большой взрыв. Насколько мы можем судить, это точный портрет нашей ранней вселенной.
Но, как бы хорошо это ни было, мы знаем, что картина Большого взрыва не полная - отсутствует часть головоломки, и эта часть - самые ранние моменты самой вселенной.
Это довольно большой кусок.
Пожар
Проблема в том, что физика, которую мы используем, чтобы понять раннюю вселенную (удивительно сложная путаница в общей теории относительности и физике частиц высоких энергий), может продвинуть нас лишь далеко, прежде чем разрушиться. По мере того, как мы пытаемся все глубже и глубже проникать в первые моменты нашего космоса, математика становится все труднее и труднее решать, вплоть до того момента, когда она просто ... уходит.
Основным признаком того, что у нас есть ландшафт, который еще предстоит исследовать, является наличие «сингулярности», или точки бесконечной плотности, в начале Большого взрыва. Фактически это говорит нам о том, что в какой-то момент вселенная была втиснута в бесконечно крошечную, бесконечно плотную точку. Это, очевидно, абсурдно, и на самом деле это говорит нам о том, что нам нужна новая физика для решения этой проблемы - наш текущий инструментарий просто недостаточно хорош.
Чтобы спасти день, нам нужна новая физика, способная справиться с гравитацией и другими силами, объединенными при сверхвысоких энергиях. И это именно то, что утверждает теория струн: физическая модель, способная справляться с гравитацией и другими силами, объединенными, при сверхвысоких энергиях. Это означает, что теория струн утверждает, что она может объяснить самые ранние моменты вселенной.
Одним из самых ранних понятий теории струн является «экпиротическая» вселенная, которая происходит от греческого слова «пожар». В этом сценарии то, что мы знаем как Большой Взрыв, было вызвано чем-то еще, что происходило до этого - Большой Взрыв был не началом, а частью более крупного процесса.
Расширение экпиротической концепции привело к теории, снова мотивированной теорией струн, называемой циклической космологией. Я предполагаю, что технически идея вселенной, постоянно повторяющейся, насчитывает тысячи лет и предшествует физике, нотеория струн дала этой идее твердое математическое обоснование. Циклическая вселенная движется в точности так, как вы можете себе представить, непрерывно подпрыгивая между большими ударами и большими хрустами, потенциально для вечности назад во времени и для вечности в будущем.
Перед началом
Как бы круто это не звучало, в ранних версиях циклической модели было сложно сопоставлять наблюдения - что является серьезной проблемой, когда вы пытаетесь заниматься наукой, а не просто рассказывать истории у костра.
Основным препятствием было согласие с нашими наблюдениями о космическом микроволновом фоне, ископаемом свете, оставшемся с того времени, когда Вселенной было всего 380 000 лет. Хотя мы не можем видеть непосредственно за этой стеной света, если вы теоретически возитесь с физикой детского космоса, вы воздействуете на эту модель света послесвечения.
Итак, казалось, что циклическая вселенная была изящной, но неверной идеей.
Но экпиротический факел постоянно горел, и в январе, опубликованном в январе в базе данных arXiv, были исследованы морщины в математике и обнаружены некоторые ранее упущенные возможности. Физики, Роберт Бранденбергер и Зивей Ван из Университета Макгилла в Канаде, обнаружили, что в момент «отскока», когда наша вселенная сжимается до невероятно маленькой точки и возвращается в состояние Большого взрыва, можно выстроить все в ряд, чтобы получить правильный результат, проверенный наблюдениями.
Другими словами, сложная (и, по общему признанию, плохо понятая) физика этой критической эпохи действительно может позволить радикально пересмотреть наше время и место в космосе.
Но чтобы полностью протестировать эту модель, нам придется подождать космологические эксперименты нового поколения, поэтому давайте подождем, чтобы разбудить шампанское экпиротического типа.