Самый первый момент существования Вселенной, первые 10-35 секунды, когда из ничего появилось все, сегодня описывает теория инфляции. Главный источник информации о происхождении и свойствах структуры Вселенной — реликтовое излучение. О том, что Вселенная расширяется с ускорением, мы знаем благодаря вспышкам сверхновых — «стандартных свечей». Нам известно, что, если Вселенная расширяется, свет претерпевает красное смещение. О том, что еще наука знает о зарождении и эволюции Вселенной читайте в материалах ПостНауки. Открытие гравитационных волн — самое значимое событие XXI века Наука получила «окно в новый мир»: в ближайшем будущем наблюдение за гравитационными волнами сможет дать исследователям информацию о первых микросекундах жизни Вселенной. Движение масс, происходившее в этот момент, по определению приводит к рождению гравитационных волн. Такой «фон» должен распространиться во все направления — и его можно фиксировать благодаря свойству гравитационных волн проходить сквозь любые объекты и материи. В свою очередь, информация о первых секундах жизни Вселенной может рассказать о причинах начала ее расширения. Еще в 60-е годы ХХ века была предложена гипотеза инфляции, согласно которой в первые мгновения жизни Вселенной ведущую роль играло некое антигравитационное поле, или инфлатон, которое стимулировало резкое раздувание пространства. Но существуют и альтернативные идеи: например, гипотеза о том, что Большого взрыва не было — вместо него произошло сначала сжатие, а затем — отскок, подобный пружине, — и в будущем это явление будет повторяться. Владимир Сурдин о главных астрономических открытиях XXI века Насколько далеко в прошлое мы можем уйти? Если мы переносимся назад, во время, когда Вселенная была в возрасте одной секунды, ее температура была около десяти миллиардов градусов. Это было время, когда ядерные реакции производили водород и гелий. Мы можем перенестись еще дальше, когда Вселенная была в возрасте одной наносекунды. В то время все, что мы сейчас видим нашими телескопами на расстоянии до нескольких миллионов световых лет, было сжато до размеров нашей Солнечной системы. Но многие ключевые вопросы о Вселенной — почему она расширяется именно так, как расширяется, почему она содержит именно такую комбинацию атомов и радиации — не имеют ответа (по крайней мере, до тех пор, пока мы не сможем смотреть еще дальше в прошлое). Но тогда появляется другая проблема: условия были настолько экстремальными, что мы теряем свою точку опоры в экспериментальной физике. В первые наносекунды каждая частица во Вселенной двигалась с большей энергией, чем та, что может быть произведена с помощью самых больших ускорителей, как Большой адронный коллайдер в ЦЕРН. Итак, можно сказать, мы не знаем физики. Тем не менее многие люди верят, что многие ключевые характеристики Вселенной закрепились в тот момент, когда наблюдаемая Вселенная была сжата не до размера нашей Солнечной системы, а до размера теннисного мяча. Именно в этот момент происходил процесс, названный инфляцией. И здесь у физики нет точного мнения, но мы верим, что-то, что мы видим, — это остатки очень-очень ранних стадий развития Вселенной. Это тема, над которой люди работают в настоящее время. Мы не знаем этой физики, но мы пытаемся наблюдать самые ранние стадии существования Вселенной — около 13,8 миллиарда лет назад. Космолог и астрофизик Мартин Рис об истории астрономии, первых наносекундах Вселенной и теории множественных Больших взрывов Как формулируется инфляционная гипотеза? Инфляционную гипотезу можно представить в таком виде — это один из способов ее ввести, именно этот способ я использовал в своей работе 1979 года. Давайте вообще примем самую крайнюю гипотезу, что в какой-то момент времени в прошлом Вселенная была максимально симметричной, столь симметричной и красивой, насколько это возможно, насколько допускают законы физики, в частности законы квантовой механики и квантовой теории поля. Причем это утверждение должно относиться ко всему: и к гравитационному взаимодействию в терминах эйнштейновской теории гравитации или даже более сложных модифицированных теорий гравитации, которые я использовал, то есть к метрике пространства-времени; и ко всем физическим полям, которые в ней присутствуют. Отсюда и возникает инфляционная гипотеза. Ее можно сформулировать так: давайте поищем пространство-время, обладающее столь большой степенью симметрии, сколько возможно, в частности, столь же симметричное, как и плоское пространство-время Минковского, которое, кстати, обладает 10-параметрической группой симметрии. В смысле квантовых полей это значит, что не было никаких частиц, потому что любая частица нарушает симметрию, она дает выделенную, связанную с ней систему отсчета. Физик Алексей Старобинский о самой ранней стадии развития Вселенной, пространстве де Ситтера и метрике пространства-времени Можно представить другие сценарии эволюции, объясняющие зарождение неоднородностей во Вселенной Один из них — это сценарий того, что Вселенная была когда-то очень большой и рыхлой, с маленькой плотностью, примерно такая же, как сейчас. Сейчас Вселенная расширяется, а тогда она, наоборот, сжималась. Все размеры уменьшались, потом в какой-то момент сжатие прекратилось, произошел отскок, и началось расширение, горячая стадия. Тогда можно строить модели того, как образуются возмущения, неоднородности на стадии сжатия. Выясняется, что есть механизмы, есть теоретические модели, которые тоже объясняют все известные свойства неоднородностей, так же как и инфляционная теория объясняет все свойства неоднородностей, так же как и такие альтернативные модели, менее общепризнанные, гораздо более спекулятивные, но тем не менее тоже являющиеся гипотезами, согласуются в общем с наблюдательными данными. Еще одна возможность: Вселенная наша начиналась с пустого состояния, холодного и более или менее такого же, как сейчас, только никаких галактик, ничего не было. А была пустота и статичность — она ни сжималась, ни расширялась, была неинтересной совсем. А потом потихоньку, в результате каких-то процессов (и понятно примерно, как это могло происходить) в ней накапливалась, увеличивалась плотность энергии. Энергия не сохраняется, в космологии сохранения энергии нет — энергия может изменяться, и, значит, плотность энергии и она сама в целом может увеличиваться. Вот энергия увеличилась, а это приводит одновременно к разгону расширения. Значит, картина такая: Вселенная была статическая, плоская и огромная, потом она понемногу начала расширяться, все быстрее и быстрее, в ней накапливалась энергия, образовывалась, а потом каким-то образом эта энергия превратилась в горячую среду, в горячую плазму, и Вселенная перешла опять на горячую стадию. В этой картине тоже можно строить модели, как рождаются неоднородности, и эти неоднородности такие, какие надо. Физик Валерий Рубаков о теориях развития Вселенной, инфляционной модели и гравитационных волнах Что произойдет со Вселенной в будущем? Насчет будущего нашей Вселенной существует несколько теорий. Если мы предполагаем, что Вселенная расширяется ускоренно, то в конце концов не останется ничего, даже нашей Галактики. Мы даже не успеем это пронаблюдать: если сигнал идет до нас со скоростью света, то, когда он до нас дойдет, нас самих уже не будет. Но мы не знаем, что будет в дальнейшем с темной энергией. Нам известно, что притяжение внутри скопления галактик сейчас сильнее этой темной энергии. И если оставить Вселенную без изменений, дать ей расширяться с одинаковой скоростью, а не ускоренно, то наше скопление так и останется условно неизменным на долгое время. Мы знаем это с точностью до 2%. Эту информацию дает один из параметров темной энергии — квинтэссенция (пятая сущность или пятая сила), описывающая в уравнении состояния динамически меняющееся скалярное поле. Его используют для описания одной из форм или моделей темной энергии. И если ее значение оказывается меньше минус единицы, то это особый случай квинтэссенции — так называемая фантомная энергия, которая может разорвать всю Вселенную из-за огромного давления темной энергии. Но мы пока не знаем этого наверняка. Астрофизик Олег Верходанов о том, что мы знаем о структуре Вселенной, чем темная материя отличается от темной энергии и какое будущее ждет Млечный Путь
