Изречение "Ничто не возникает из ничего" широко известно. Если рассмотреть это утверждение в контексте космоса, возникает захватывающий вопрос: каким образом Вселенная могла зародиться буквально из ничего? В рамках земной жизни для формирования чего-либо необходимы составляющие элементы. Откуда же произошли материалы, позволившие возникновение Вселенной? Сегодня мы с тобой попытаемся углубиться в разбор этой важной темы. Что думают специалисты о данном фундаментальном вопросе? И возможно ли вообще дать на него ответ с учётом нашего современного уровня знаний? Эта революционная тема, полная тайн, настолько волнующа.
Будь то Большой взрыв, Большой хруст или Большое замерзание, хотя теории могут отличаться, они все приводят к одному сценарию – концу Вселенной. Согласно этим теориям, в будущем последняя звезда во Вселенной исчезнет. После этого Вселенная превратится в абсолютную пустоту. В эту мрачную эпоху гигантские черные дыры будут поглощать оставшуюся материю, прежде чем окончательно исчезнуть в финальном акте разрушения. Пространство будет продолжать расширяться, пока слабый свет от испаряющихся гравитационных гигантов не станет слишком разреженным для каких-либо взаимодействий, и активность космоса полностью прекратится. Многие ученые считают этот процесс окончательным завершением нашего галактического дома, однако некоторые специалисты видят в нем начало чего-то совершенно нового.
Мы стоим, возможно, на пороге возможного зарождения новой Вселенной. Некоторые учёные полагают, что именно такие тёмные, холодные и лишённые содержимого пространства стали катализатором Большого взрыва. Однако, прежде чем погрузиться в разбор этого увлекательного предположения, нам следует затронуть другой, не менее интригующий аспект. Как же в действительности возникла первая физическая материя? Чтобы объяснить появление стабильной материи из атомов или молекул, становится очевидным, что ничего подобного не существовало ни во время Большого Взрыва, ни в последующие эпохи. Известно, что первые атомы сформировались из более простых частиц, когда условия во Вселенной достаточно остыли. Мы также осведомлены о том, как в звёздах эти атомы трансформировались в более тяжёлые элементы, но наше понимание не распространяется на механизмы возникновения чего-то из ничего. Поэтому предлагаю вернуться ещё дальше во времени.
Протоны и нейтроны, формирующие ядра атомов, считаются одними из первых долгоживущих частиц материи в истории космоса. Общепринято, что они возникли непосредственно после Большого взрыва, когда материи в классическом понимании ещё не существовало. К счастью, законы физики позволяют нам проследить последовательность событий чуть детальнее, в частности, до моментов, предшествующих появлению стабильной материи. Это время известно как Эра Планка. В рамках физики это период описывается Большой объединённой теорией. Подробности этой теории указывают на то, что в момент Большого взрыва три из четырёх основных известных физических взаимодействий — сильное, слабое и электромагнитное — были объединены в одну силу. Глубже погружаясь в этот аспект спекулятивной физики, можно обнаружить, что физический мир первоначально состоял из смеси кратковременно существующих элементарных частиц. Среди них были кварки, которые являются строительными блоками протонов и электронов, а также было достигнуто равновесие между материей и антиматерией.
Каждый вид частиц материи обладал почти идеальным антиматериальным аналогом. Если такие частицы, отличающиеся лишь одним параметром, встречались, то они аннигилировали, уничтожая друг друга. Но как же образовались эти частицы? В этом контексте квантовая теория поля утверждает, что даже вакуум, который обычно ассоциируется с абсолютной пустотой, на самом деле является местом бурной физической активности. Эта активность проявляется через флуктуации энергии, что может привести к мимолетному появлению и исчезновению частиц. Таким образом, вакуум времени и пространства тоже характеризуется подобными явлениями, где частицы, казалось бы, возникают из абсолютной пустоты. Если мы продолжим размышления о нашем основном вопросе, мы столкнемся с другой проблемой: как вообще возникло пространство-время? Эра Планка показывает, что мы встречаем непреодолимые препятствия в рамках наших физических теорий. В частности, предельно краткая эра Планка покрывает период сразу после Большого Взрыва.
В это время пространство и время начинали проявляться как часть квантовых флуктуаций. Проблема заключается в том, что для глубокого понимания эры Планка нам необходима полноценная теория квантовой гравитации, которая могла бы объединить квантовую физику с теорией относительности. В этом контексте M-теория и петлевая квантовая гравитация считаются обещающими кандидатами. В данных теориях пространство и время предполагаются как эмерджентные, то есть то, что мы воспринимаем как пространство и время, на самом деле является результатом квантовых процессов, происходящих на уровне, недоступном нашему восприятию. Поскольку в эру Планка традиционное понимание пространства и времени не работает, наша классическая концепция причины и следствия также достигает своих пределов. Однако все теории, посвященные этому временному периоду, описывают физические процессы, предшествующие формированию пространства и времени. Даже если наше понимание причинности не применимо к эре Планка, теоретически можно попытаться понять одни компоненты этого времени через другие.
Тем не менее, наши современные теории не способны решить эту сложную задачу. Пока соответствующие теории не будут полностью разработаны, мы не можем делать какие-либо полностью обоснованные заявления о фундаментальных процессах формирования Вселенной. На данный момент следует признать, что физикам неизвестен ни один подтвержденный случай, когда что-то возникало из ничего. Творец, мультивселенная или циклы? Поскольку сейчас невозможно расшифровать квантовое состояние Вселенной в начале планковской эры, все теории по этому вопросу остаются весьма спекулятивными. Некоторые пытаются объяснить эту главную загадку воздействием Божественного Творца. Другие, менее религиозные объяснения, рассматривают существование мультивселенной как наиболее перспективный подход. Согласно этому подходу, наш космос является не единственной конструкцией, а лишь малой частью в бесконечной цепи других Вселенных.
Эти гипотезы основываются на идее, что Вселенная постоянно проходит через циклы разрушения и возрождения – захватывающая теория, которую поддерживает лауреат Нобелевской премии Роджер Пинроуз. Британский физик выдвинул теорию "конформной циклической космологии". По его объяснениям, между Большим взрывом и далеким концом Вселенной существуют удивительные математические параллели. Фактически, эти два состояния даже идентичны, если рассматривать их в предельных условиях. Это обстоятельство привело Пинроуза к гипотезе, которая на первый взгляд кажется парадоксальной. Именно полное отсутствие материи породило всю материю во Вселенной. С этой точки зрения, Большой взрыв произошел из чего-то, что максимально близко к абсолютной пустоте.
А именно, из того, что остаётся после аннигиляции материи Вселенной чёрными дырами, которые затем распадаются на фотоны. Но как холодная пустая Вселенная может соответствовать горячей и плотной Вселенной с математической точки зрения? Ответ на этот вопрос кроется в сложной математической процедуре, называемой "конформным масштабированием". Это геометрическое преобразование изменяет размер объекта, сохраняя его форму неизменной. Действительно, таким образом можно масштабировать состояние Вселенной так, чтобы формы их пространства совпадали. Другими словами, горячее плотное состояние возникает благодаря холодному пустому состоянию. Таким образом, за концом расширяющейся Вселенной следует новый большой взрыв.
Предположим, что спорная теория Пинроуза однажды подтвердится. Даже в этом случае у нас всё равно не будет ответа на вопрос, как что-то может возникнуть из ничего. Откуда появляется физическая реальность? Как была сформирована циклическая система Вселенной? Почему вообще существует хоть что-то, а не ничего? Может ли вообще существовать такая вещь, как ничто, если под этим подразумевается полное отсутствие всего? Как видишь, не требуется много времени, чтобы в эту захватывающую тему проникли философские вопросы. Однако для нашего сегодняшнего обсуждения мы хотели бы остаться в рамках физики. Итак, что же наука может сказать о возможной предыстории циклов? Один подход предполагает, что физического объяснения этому вообще не существует. Или же речь идёт о бесконечной цепи повторяющихся циклов, где начальное квантовое состояние каждого космоса определяет свойства следующей Вселенной. Более того, можно представить, что существует только один цикл, где начало космического цикла определяется свойством его конца. Кто знает, получим ли мы когда-нибудь ответ на фундаментальные вопросы мироздания, но не именно ли эта огромная неопределённость делает тему такой захватывающей? Что думаете?