Теория Большого взрыва была основана на открытии расширяющейся Вселенной. Затем ученые пошли дальше и обнаружили, что в прошлом Вселенная была меньше, а в самом начале ее размер был вообще равен нулю.
Это знаменитая «сингулярность», место, где собрана вся масса Вселенной, а скорее плохо определенная или неопределенная точка в математическом уравнении.
Но поскольку общая теория относительности объединяет пространство и время в единое пространство-время, это также означает, что время в этом месте тоже равно нулю. Это, в свою очередь, означает, что нет никакого «до», и спрашивать «что существовало до Большого взрыва» абсолютно бессмысленно.
Но эта идея далеко не новаторская, как может показаться на первый взгляд. У святого Фомы Аквинского была похожая идея с точки зрения Библии: это знаменитое - «В начале было…», и спрашивать, что было до этого, бессмысленно, поскольку тогда начало не было бы началом. Так что время не существовало до того, как Бог создал Небо и Землю, но является частью Божьего творения.
Это очень нервировало физиков того времени, поскольку парадигма того времени состояла в том, что Вселенная – штука статичная и вечная. Это звучало очень похоже на религию, но ученые не меняли своего мнения, пока не появились фактические доказательства, опровергающие эту идею.
Но, если есть доказательства, которые мы можем наблюдать, разве мы не можем увидеть, что было раньше?
Проблема в том, что мы не смотрим на Большой взрыв снаружи. Мы видим его изнутри из настоящего момента, и между настоящим и изначальным моментом есть ряд горизонтов.
Одним из таких горизонтов является космический микроволновый фон. Это свет, испущенный в тот момент, когда атомные ядра в непрозрачной плазме, заполнявшей Вселенную, объединились со свободными электронами.
Видите ли, плазма непрозрачна, и фотоны не могут распространяться в ней по прямой очень далеко, они постоянно сталкиваются с жужжащими вокруг электронами. Электрон поглощает энергию фотона, возбуждается, а затем переизлучает новый фотон в другом направлении. Но по мере расширения и остывания Вселенной электроны и ядра объединяются в атомы (в основном водород и гелий). И когда они это сделали, электроны испустили один последний фотон, который затем плывет по постоянно расширяющемуся пространству к нашим сегодняшним радиотелескопам. Для нас это выглядит как поверхность примерно в 46 миллиардах световых лет от нас, также известная как поверхность последнего рассеяния.
А поскольку плазма непрозрачна, мы не можем наблюдать более далекий и старый свет, чем этот. Мы можем вывести некоторые вещи из узоров на этой поверхности последнего рассеяния, смоделировать более ранние условия в ускорителях частиц, и изучая физику, мы можем делать предположения о еще более ранних событиях. Но детали становятся все более и более неопределенными, чем дальше мы углубляемся.
Конечный горизонт находится на 10^-43 секунды, первая доля секунды, называемая эпохой Планка. То немногое, что мы знаем об этом времени, говорит, что условия там экстремальны, экстремальны настолько, что гравитация должна объединиться с тремя другими фундаментальными силами: электромагнетизмом, слабым ядерным взаимодействием и сильным ядерным взаимодействием.
Мы не можем описать Вселенную только общей теорией относительности, поэтому мы также используем квантовую механику. Общая теория относительности используется для описания гравитации, в то время как квантовая механика используется для описания трех других фундаментальных сил.
Мы знаем, что общая теория относительности и квантовая механика работают, и работают очень хорошо: работа светодиодного дисплея, на который вы смотрите, и управляющих им компьютерных чипов зависит от квантовой механики, а работа навигационного приложения на смартфоне зависит от общей теории относительности.
Но они не работают вместе. Это одно из вопиющих неизвестных явлений в физике. Поэтому, чтобы описать, что происходит, когда они объединяются, нам понадобится теория, которая может объединить общую теорию относительности с квантовой физикой — Теория Всего.
А у нас ее нет.
И без этой Теории Всего мы не сможем предсказать, что произошло в эпоху Планка.
И мы не знаем, что существовало до Большого взрыва, если вообще существовало.
«Но какая польза от теории Большого взрыва, если она не может объяснить происхождение Вселенной?» — может возникнуть у вас вопрос. Ну, теория Большого взрыва не столько о происхождении Вселенной, сколько о том, как Вселенная перешла от сверхгорячего сверхплотного состояния в самые ранние моменты к холодному пустому состоянию, который мы наблюдаем сейчас. Мы должны признать, что существуют пределы наших знаний, что есть вещи, которые мы не можем знать.
То, что произошло в момент взрыва и после него, — одно из таких событий. Надеюсь, пока.