Вселенная началась с удара, скачка, взрыва или чего-то еще?
Вопрос о нашем происхождении - один из самых тернистых в физике, с небольшим количеством ответов и большим количеством спекуляций и вопросов. Самой популярной теорией на сегодняшний день является инфляция, представление о том, что космос взорвался в размерах в первые несколько долей секунды после того, как он родился в результате взрыва. Но идея утверждает, что рождение этой вселенной не было фактически началом - что более ранняя версия космического времени существовала и сократилась к "большому отскоку", затем перевернулась и начала расширяться в то, что мы видим сегодня.
Теория инфляции
Инфляция имеет много поклонников, потому что ее стремительное расширение, как представляется, объясняет многочисленные особенности Вселенной, такие как то, что она кажется относительно плоской (в отличие от изогнутой, на больших масштабах) и примерно однородной во всех направлениях (везде примерно одинаковое количество вещей, опять же на больших масштабах). Оба условия приводят к тому, что области пространства, оказавшиеся очень далекими, изначально начинают складываться близко друг к другу и соприкасаться друг с другом. И всё же последние версии теории, кажется, предполагают - даже требуют - что инфляция создала не только нашу вселенную, но и бесконечный ландшафт вселенных, в котором где-то сформировался каждый возможный тип вселенной со всеми возможными наборами физических законов и характеристик. Некоторым учёным нравится это утверждение, потому что оно могло бы объяснить, почему наша особая вселенная, с её кажущимися случайными, но идеально откалиброванными для жизни условиями, существует - если каждый тип космоса существует, то не удивительно, что наш тоже существует. Но другие физики находят многообразную идею отталкивающей, отчасти потому, что если теория предсказывает, что все возможности будут реализованы, то она не предсказывает однозначно такую вселенную, как та, что у нас есть.
Теория "большого отскока"
Теории "большого отскока" также предсказывают плоский и равномерный космос, благодаря сглаживающему воздействию на космос, которое может произойти во время сужения. Но вершиной идеи "большого отскока" уже давно стал переход от сужения к расширению, что, казалось бы, требовало столь ненавистной идеи "сингулярности" - времени, когда вселенная была единственной точкой бесконечной плотности, которую многие видели как математически бессмысленное предложение, указывающее на то, что какая-то теория сошла с рельсов. Теперь физики говорят, что они нашли способ вычислить отскок, не столкнувшись ни с какими сингулярностями.
"Мы обнаружили, что можем точно описать квантовую эволюцию Вселенной",
- говорит соавтор исследования Нейл Турок, директор Института теоретической физики по периметру в Онтарио.
"Мы обнаружили, что вселенная плавно проходит сквозь сингулярность и выходит на другую сторону. Это была наша надежда, но мы никогда раньше этого не достигали".
Он и Штеффен Гилен из Имперского колледжа Лондона опубликовали свои расчеты в прошлом месяце в Physical Review Letters.
Квантовое пространство
Прорыв произошел благодаря двум методикам, принятым исследователями. Одна из них заключалась в использовании зарождающейся и все еще не полной теории квантовой космологии - смешения квантовой механики и общей относительности - в отличие от классической общей относительности для описания Вселенной. Вторая заключалась в том, чтобы предположить, что когда космос был молодой материей, она вела себя как светлая, в том, что законы физики, описывающие его, не зависели от масштаба. Например, свет действует одинаково независимо от длины волны. Физика же материи, с другой стороны, обычно варьируется от малого до большого масштаба.
"Мы знаем, что в первые 50 000 лет Вселенная, по сути, была просто наполнена излучением",
- говорит Анна Иджас, физик из Принстонского университета, которая не занималась исследованиями.
"Обычная материя, которую мы видим сейчас, была не очень существенной. Я думаю, что безмасштабная ранняя вселенная на самом деле очень сильно предложена нашими текущими измерениями".
В этих условиях Турок и Гилен обнаружили, что вселенная никогда на самом деле не стала бы сингулярностью - по существу она бы "прорыла туннель через" тревожную точку. Хотя такой прыжок в сторону звучит как что-то невообразимое, это доказанный феномен в квантовой механике. Поскольку частицы существуют не в абсолютных состояниях, а в туманах вероятности, есть небольшой, но реальный шанс, что они смогут "туннелировать" через физические барьеры, чтобы добраться до мест, казалось бы, им запрещенных.
"Нечеткость в пространстве и времени и материя вступают в сговор, чтобы сделать неопределенным, где находится Вселенная в данный момент времени",
- объясняет Турок.
"Это позволяет вселенной пройти через сингулярность".
Продолжение следует.
