Человечество испокон веков задавалось вопросом о происхождении мира. До XX века ответы искались преимущественно в области религии и философии, от креационистских мифов до представлений о вечной и неизменной Вселенной. В науке же долгое время господствовали статичные модели. Даже Альберт Эйнштейн, работая над общей теорией относительности, изначально допустил существование космологической постоянной, чтобы его уравнения не предсказывали расширение или сжатие Вселенной.
Всё изменилось в 1920-х годах. Американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что далекие галактики «разбегаются» от нас, причём чем дальше находится галактика, тем с большей скоростью она удаляется. Это наблюдение стало решающим наблюдательным подтверждением того, что Вселенная не статична, а расширяется.
Экстраполяция этого процесса назад во времени неизбежно приводит к выводу, что когда-то вся материя и энергия были сжаты в невообразимо плотное и горячее состояние — сингулярность, чье стремительное расширение и получило название Большого взрыва.
На сегодня теория Большого взрыва — краеугольный камень современной космологии. Ее правдоподобие подтверждается тремя ключевыми открытиями:
- Космическое микроволновое фоновое излучение (CMB): это реликтовое тепло, оставшееся от ранней Вселенной, было предсказано теорией и случайно обнаружено в 1965 году.
- Расширение Вселенной: наблюдения Хаббла были многократно перепроверены и подтверждены.
- Первичный нуклеосинтез: теория с высочайшей точностью предсказывает наблюдаемое соотношение водорода и гелия во Вселенной (около 74% водорода и 25% гелия).
Однако сама теория сталкивается с фундаментальными вопросами: что было до? что запустило расширение?
Для решения этих загадок, таких как проблема горизонта (почему Вселенная однородна) и проблема плоскостности, была предложена теория космической инфляции — сверхбыстрого расширения на самых ранних этапах. Важно подчеркнуть: инфляция не отменяет Большой взрыв, а является ее развитием и дополнением. И всё же, поскольку ключевые аспекты самой инфляции и момента «нуля» остаются областью теоретических изысканий, в научном сообществе продолжают существовать и альтернативные, подчас радикальные, гипотезы.
Альтернативные пути рождения Вселенной
Хотя теория Большого взрыва служит основной парадигмой, физики-теоретики предлагают модели, которые либо полностью ее заменяют, либо кардинально переосмысливают начальные условия.
Циклические модели
Эта группа гипотез отвергает идею единственного и уникального начала. Вместо этого она предполагает, что Вселенная бесконечно переживает циклы рождения и смерти. Один из самых проработанных вариантов — теория «Большого отскока» (Big Bounce). Согласно ей, наша расширяющаяся Вселенная возникла из сверхплотного состояния, в которое сжалась предыдущая, исчерпавшая себя Вселенная. В момент максимального сжатия не происходит сингулярности, а происходит «отскок», дающий начало новому циклу.
Другая известная модель — Конформная циклическая космология, предложенная нобелевским лауреатом Роджером Пенроузом. Суть данной модели заключается в том, что история Вселенной — это бесконечная последовательность циклов (эонов), где каждый цикл начинается с подобия Большого взрыва и заканчивается состоянием, когда материя практически исчезает, а остаётся только излучение. В момент полного «испарения» чёрных дыр и исчезновения массы Вселенная становится бесструктурной и гладкой. Благодаря конформному преобразованию (математической операции, сохраняющей углы, но «растягивающей» время и пространство), конец предыдущего цикла плавно переходит в начало нового. Таким образом, сингулярность Большого взрыва — это не уникальное начало, а всего лишь переход между эонами.
Эти модели элегантно решают проблему «начала», избавляя физику от необходимости описывать сингулярность. Если в будущих наблюдениях будут обнаружены следы предшествующего цикла (например, специфические паттерны в CMB), это может стать убедительным доказательством в их пользу.
Вселенная как мираж чёрной дыры
Эта смелая гипотеза, предложенная учёными из Института «Периметр», предполагает, что наша трёхмерная Вселенная возникла в результате коллапса массивной звезды в некоей четырёхмерной Вселенной. При таком сценарии трёхмерная «брана» (мембрана), которой является наш мир, образовалась на горизонте событий четырёхмерной чёрной дыры. Наблюдаемое нами расширение Вселенной в этой модели не что иное, как продолжающееся расширение этого трёхмерного горизонта событий.
В этой модели имеет место принципиально иное объяснение тому, что мы называем Большим взрывом, выводя его из более фундаментальных процессов в многомерной реальности. Она позволяет обойти проблему сингулярности, так как коллапс в четырёхмерном пространстве может не приводить к ее образованию.
Теория «Большой заморозки»
Исследователи из Мельбурнского университета предложили модель, в которой рождение Вселенной больше похоже не на взрыв, а на фазовый переход, подобный замерзанию воды. Согласно этой гипотезе, изначально существовала аморфная «энергия», лишённая привычных нам пространственно-временных свойств. По мере ее «остывания» произошла кристаллизация, в результате которой возникли три пространственных и одно временное измерение, которые мы наблюдаем. Эта теория ставит под сомнение классическое представление Эйнштейна о непрерывности пространства-времени, предполагая, что оно может состоять из дискретных «атомов» или «пикселей».
«Большая заморозка» полностью заменяет динамический взрыв на процесс охлаждения и структурирования, предлагая новое объяснение тому, почему наша Вселенная имеет именно такую размерность.
Вечная Вселенная без начала
Ученые Ахмед Фараг Али и Саурия Дас предприняли попытку решить проблему сингулярности, введя в классические уравнения квантовые поправки, основанные на идеях Дэвида Бома. В их модели Вселенная не возникает из точки, а существует вечно. Она имеет конечный размер, но бесконечное время жизни и наполнена квантовой жидкостью, состоящей из гравитонов — гипотетических частиц гравитации. Эта модель избегает как Большого взрыва, так и потенциального Большого сжатия.
Данная гипотеза объединяет общую теорию относительности и квантовую теорию, что является главной целью современной физики. Если их расчёты подтвердятся, это может означать, что сингулярности — всего лишь артефакт неполноты классической теории Эйнштейна.
Мультивселенная и хаотическая инфляция
Хотя сама по себе инфляция является частью стандартной модели, она рождает одно из самых фантастических следствий — концепцию Мультивселенной, согласно которой наша Вселенная — лишь один из бесчисленных «пузырьков» (вселенных), непрерывно рождающихся в расширяющемся мета-пространстве. Каждый такой пузырек возникает из квантовой флуктуации и может обладать собственным набором физических законов и констант, кардинально отличающихся от наших.
Модель Мультивселенной не отменяет Большой взрыв для нашей Вселенной, но кардинально меняет контекст. Он перестаёт быть абсолютным началом всего сущего, превращаясь в локальное событие в бесконечной и вечной веренице вселенных.
Что же в итоге?
На сегодняшний день теория Большого взрыва, подкреплённая инфляционной стадией, остаётся непревзойденной по своей способности объяснять наблюдаемые факты: от расширения Вселенной и реликтового излучения до химического состава звезд. Она служит надёжным ориентиром и рабочим инструментом для понимания эволюции нашего мира.
Однако поиск истины не окончен. Фундаментальные вопросы о том, что было «до» и что такое тёмная энергия, ускоряющая расширение, а также попытки объединить гравитацию с квантовой механикой заставляют ученых заглядывать за горизонт общепринятой парадигмы. Будущие открытия, которые могут принести такие проекты, как телескоп «Джеймс Уэбб» или новые гравитационно-волновые обсерватории, способны в корне изменить нашу картину мира. Возможно, одна из альтернативных гипотез, сегодня кажущаяся маргинальной, получит неожиданное подтверждение. И тогда человечеству придется заново переписать историю своего происхождения, открыв новую, еще более захватывающую главу в познании Вселенной.
На этом всё. Спасибо!
А что вы думаете о том, как возникла наша Вселенная?)
***
Меня зовут Анна, я репетитор по математике с 20-летним стажем. Помогаю с подготовкой к ЕГЭ, ОГЭ, помогаю с прохождением ДВИ.
Занимаюсь также и со взрослыми учениками — если хотите освежить в памяти математические знания, если математика вам нужна для работы/учёбы, или если вы хотите заняться математикой для себя, то обращайтесь!
Связаться со мной можно через Телеграм (@annavladimirovnamath)
Кроме того, могу дать небольшую консультацию тем, кто сам хочет заняться репетиторством.
***
Делитесь мнениями, комментариями, ставьте лайки и подписывайтесь на мой канал — здесь и в Телеграме, там много интересного и полезного!