Всем привет! Звездануло меня сегодня рассказать про инфляционную модель Вселенной. Погнали!
Все же примерно знают, что такое Теория Большого Взрыва?
Не-не-не, не сериал. Это про космос, как Вселенная родилась и всё такое.
Попробуйте для начала сами повспоминать, что знаете на эту тему.
… Попробовали? А теперь я вам расскажу, что там к чему на самом деле.
Короче говоря, вся теория большого взрыва умещается во фразу «Раньше Вселенная была маленькая и горячая, а сейчас её размотало во все стороны и охладило». Всё. Больше ничего придумывать не надо.
Прикол в том, что в теории большого взрыва нет…ВЗРЫВА, блин! Никаких комментариев, что там взорвалось и кто подорвал.
До середины прошлого века учёные спорили, какая же была Вселенная раньше. Кто-то говорил, что горячая, а кто-то топил, что Вселенная была холодной. Всё решили молодые звёзды. Сторонники холодной Вселенной утверждали, что молодые звёзды состоят из гелия. Но в 60-х выяснилось, что это немного совсем не так. С тех пор победители застолбили себе название «Теория большого взрыва», хотя, строго говоря, должно бы звучать как-то типа: «Теория большого взрыва ПЛЮС модель горячей Вселенной».
Позже были еще попытки описать Вселенную разными способами. То её представляли, как результат столкновения двух трёхмерных пространств (браны в теории струн), то как сверхтекучую жидкость (сторонники этой гипотезы до сих пор даже не верят в саму возможность её доказательства), то вообще представляли Вселенную внутри чёрной дыры или в качестве голограммы. Кстати, Илон Маск в их числе, я б на вашем месте задумался…
Так вот, нафига вообще все эти модели плодить, в чём проблема? Короче, проблема в сингулярности. Кто угадал – погладьте себя, вы молодцы. Что такое эта сингулярность? Хрен его знает. Никто не разобрался с ней до сих пор, но все носятся чего-то, тычут в неё пальцами. А там натурально деление бесконечности на ноль выходит… В общих чертах, сингулярность – это единство всего: пространства, времени, гравитации, электрического, слабого, сильного взаимодействий и вообще. Почивший Хокинг и тьфу-тьфу ныне здравствующий Пенроуз доказали, что при любом раскладе в общей теории относительности появится сингулярность. Напрашивается вопрос: а зачем её вообще придумали? Вспоминаем основную мысль теории большого взрыва «раньше Вселенная была маленькой и горячей…» и продолжаем думать что было раньше. Вот вам и сингулярность. Надеюсь, понятно. Да никому нихрена непонятно, что вы там поняли?)
В общем, об эту сингулярность учёные периодически спотыкаются, всем она мешает и ребята ждут, кто же избавит физику от этой непонятной фиговины. Лучше всех пока получилось у Алана Гута в 1981 году. Он взял идеи советского физика Алексея Старобинского и предложил такой фокус: следите за мыслью.
Меняем понятие сингулярность на понятие скалярное поле и… Всё.
Оказалось, можно. Скаляр же не имеет никаких размерностей, никакого пространства в нашем понимании. То есть, с нашей точки зрения это просто бесконечно сжатая точка. Практически, сингулярность. Ни у кого из светлых голов особо претензий не возникло. Ну, в общем, поменяли сингулярность на это поле и поменялось вообще всё. Каждому полю нужны частицы-переносчики и частицы, которые на это поле воздействуют. У электромагнитного поля есть фотоны и электроны. У других полей всякие бозоны, глюоны и всякие другие страшилки. Ну и тут нужен какой-нибудь носитель. Так, давайте отвлечёмся и немного поговорим про квантовые флуктуации.
Проще говоря, это возникновение частиц и античастиц в каком-то объёме вакуума по парам. То есть, когда мы говорим «вакуум», мы не подразумеваем, что там ВООБЩЕ ничего нет, а просто считаем, что там нет структурированного вещества, а если еще точнее – энергии. Помните Эйнштейна? E=mc2, все дела. Вот как раз в этой формуле он и сказал, что в принципе, можно сравнивать энергию и массу. Только без всех этих шизотерических «настройся на нужную энергию и откроется третий глаз». И вот мы приносим в скалярное поле наши квантовые флуктуации. В поле начинают появляться квантовые шумы, заряженные частицы начинают накапливаться и создавать неоднородности, где-то их больше, а где-то их вообще нет. Остаётся только подождать.
Знаете, что бывает, когда в электромагнитном поле появляются неоднородности? Разряд. Молния, например. Ну никто же не задумывается, что это такое, да? Смотрите, неоднородности одного поля влияют на другие поля. Молния, например, нагревает пространство и грохочет.
Кстати, если молния случится под водой, то образуются пузырьки кислорода и водорода.Так вот, учёные выяснили, что в скалярном поле такой разряд создает пузырек нашего родного трехмерного пространства. Кстати, опять тут Эйнштейн натоптал с той же формулой. При разряде появляется какое-то количество энергии и она что делает? Правильно, выпадает в осадок массой. А масса что делает? Правильно, гнёт пространство. А как гнуть то, чего нет? Никак. Значит, для того, чтобы масса вообще могла существовать, нужно чтобы существовало пространство. Такие дела.
Всё те же учёные решили, что скалярное поле очень вязкое и обладает большим коэффициентом трения. И если бы разряд происходил без трения, то процесс был бы настолько быстрым, что пузырёк пространства был бы совсем небольшим. Но трение эту картину тормозит. В итоге, пузырёк успевает раздуться аж до таких размеров, что мы до сих пор краёв не видим.
В общем, умные люди вычислили скорость, с которой должна была расширяться Вселенная и цифры сошлись с классическими уравнениями прежней версии. Помните модель горячей Вселенной? В общем, решением этих уравнений стала экспонента, а фазу распирания так и назвали – экспоненциальный рост Вселенной.
По этим расчётам, за аж 10–36 доли секунды новорождённая Вселенная (т.е. этот изначальный пузырёк вакуума) должна расшириться в 1026 раз.
Это вам даже не скорость света. Эйнштейн запретил чему бы то ни было двигаться быстрее скорости света в пространстве. Прикол в том, что он не запрещал самому пространству двигаться с любой скоростью.
Так что никакого взрыва, в общем-то, и не было. Было распирание Вселенной, а если в рамках терминов – инфляция. Так эта модель и называется сейчас – инфляционная модель Вселенной. Отличие от стандартной в основном во времени этого распирания. И прикол в том, что с 2003 года спутники подтверждают именно эту инфляционную модель Вселенной.
Так, ладно, с рождением пространства разобрались, а как там материя появилась? Давайте я пропущу все математические выкладки и расчёты, а мы просто вспомним закон сохранения энергии. О чем этот закон? Спойлеры в названии: в замкнутой системе энергия сохраняется. Так вот, когда наше пространство расширяется, энергия размазывается по всему объёму и уменьшается в каждой точке, грубо говоря. А вот тут в дело вступает гравитация. Если мы поднимем яблоко над полом, то его потенциальная энергия немного увеличится. А если мы разнесем пространство очень-очень быстро на ахренеть как далеко, то там и циферки будут соответствующие. Так вот эта энергия сначала переходит в тепловую (тут-то и начинается модель горячей Вселенной), а потом и вовсе через фазовый переход выпадает в осадок в собственно энергию и материю. Снова вспоминаем Эйнштейна, да.
В общем, помните, в 2016 году аж два детектора уловили гравитационные волны и с тех пор периодически ловят ещё и ещё? Вот эти волны и стали доказательством всей этой теории. Кстати, первый раз их поймали аж в 14-м году, но тогда всё списали на пыль. А тут уже отвертеться не получилось.
Что вообще за гравитационные волны такие и как они доказывают инфляционную модель Вселенной – можете сами погуглить, или подождать, пока я выпущу на эту тему статью – она обязательно будет.
А, ну и напоследок сладенькое:
Вся эта инфляционная модель подразумевает вообще крышесносную штуку. Скалярное поле-то никуда не делось, неоднородности в нем как были так и продолжают копиться, а значит, вполне вероятно, что наша Вселенная – одна из многих. И каждый такой пузырёк получил свою физику и свои характеристики.
Можно ли пробурить дыру из нашей Вселенной в другие? Хрен знает. Но есть одно место в нашей Вселенной – сверхпустота Эридана. Она немного холоднее, чем всё вокруг. Многие учёные думают, что там как раз и есть место, где разные Вселенные слиплись друг с другом. Такие вот дела, ребята.
Вот здесь можно посмотреть то же самое на YouTube:
А вот тут послушать аудиоверсию (это, в конце концов именно аудиоподкаст):
Заходите на канал, ставьте лайки, пишите комментарии и всё такое)
С вами был Роман Юдаев.
До встречи в следующем выпуске.