Согласно космологическим представлениям Вселенная зародилась в результате взрыва, произошедшего в небольшой, чрезвычайно плотной и горячей точке пространства. Но возникает вопрос, что послужило причиной этого взрывного процесса и что происходило до этого?
Если представить инверсию во времени, то наблюдаемые нами галактики, представляющие структурные единицы Вселенной, сходятся в бесконечно малой области пространства — точке сингулярности. В этот момент общая теория относительности предсказывает бесконечную плотность и температуру Вселенной. И он рассматривается как начало Вселенной – возникновение материи, пространства и времени, но на самом деле в этих условиях сама теория относительности перестаёт работать. А чтобы объяснить произошедшее во время Большого взрыва, необходимо выйти за границы этой теории.
Теория относительности и теория петлевой гравитации
Реализация этого проекта шла в двух направлениях. В первом подходе математики переформулировали общую теорию относительности так, чтобы она напоминала теорию электромагнетизма, и введённые ими «петли» являлись аналогами линией электрического и магнитного полей. Во-вторых, они применили квантовые принципы к петлям. В результате полученная квантовая теория гравитации предсказывает существование «атомов» пространства-времени. Следует отметить, что наличие квантов пространства-времени вытекает из взаимоотношения основных калибровочных коэффициентов трёх миров микро-, макро- и мегамира, таких как гравитационная постоянная, постоянная Планка и скорость света. В результате простых вычислений квант пространства оказался равен 10 в минус 35 метра, а квант времени 10 в минус 44 степени секунды. Предлагаются и другие подходы, включающие теорию суперструн и так называемые причинно-следственные динамические триангуляции, которые приводят к неделимости сверхмалых расстояний.
Для того чтобы разобраться, что происходит в сингулярности можно воспользоваться теорией петлевой гравитации. Великое достижение Эйнштейна заключается в понимании пространства и времени не как сцены, на которой происходят физические события, а как некой самостоятельной сущности, осуществляющей взаимодействие с материей, при этом пространство может увеличиваться, сжиматься и деформироваться. В теории петлевой гравитации это понимание распространяется и на квантовую область. Кванты пространства-времени образуют плотную, постоянно меняющуюся сетку, которая на больших расстояниях порождает эволюционирующую Вселенную, соответствующую общей теории относительности. В обычных условиях мы не замечаем квантов пространства-времени, и поэтому она выглядит как континуум. Однако во время Большого взрыва, когда пространство-время было насыщено энергией, тонкая структура пространства-времени становится главным фактором и предсказания петлевой гравитации расходятся с предсказаниями общей теории относительности. Гравитация, являясь силой притяжения, стремиться сжать массивный шар материи, преодолевая все силы в сингулярность, т.е. бесконечную плотность, например, то, что происходит в центре чёрной дыры. Между тем петлевая гравитация утверждает, что квантовая структура пространства-времени при очень высоких плотностях энергии делает её отталкивающей. Если представить пространство как губку, а массу и энергию как воду, то пористая губка может сохранять воду лишь до определённого количества. Когда она полностью пропитается, то станет отталкивать воду. Аналогично квантовое пространство имеет ограниченное количество места для сохранения энергии, и когда плотность энергии становится слишком большой, в действие вступают силы отталкивания. Между тем непрерывность пространство общей теории относительности может хранить бесконечное количество энергии.
Сингулярность как состояние с бесконечной плотностью из-за квантово-гравитационного изменения баланса сил возникнуть не может. Поэтому, согласно данной модели, материя в ранней Вселенной имела очень высокую, но не бесконечную плотность. В таких условиях гравитация действовала уже как отталкивающая сила, вызывая расширение пространства. По мере уменьшения плотности гравитация превратилась в силу притяжения, а инерция поддерживает продолжающее расширение пространства в настоящее время.
Вселенная предтеча
Без наличия сингулярности сценарий развития Вселенной может простираться в более ранние её состояния, чем Большой взрыв. Концепция петлевой гравитации, в отличие от других космологических моделей, базируется на общих принципах, и избегает введения произвольных допущений. Согласно одному из возможных сценариев, предполагается, что когда-то в прошлом Вселенная под действием гравитации коллапсировала в сверхплотное состояние. Когда плотность возросла настолько, что силы гравитации превратились в силы отталкивания, то Вселенная вновь стала расширяться. В космологии этот процесс получил название «отскока». В тоже время «отскок» не являлся одномоментным действием отталкивающей силы, как столкновение бильярдных шаров. Вселенная в тот момент времени с учётом квантовых явлений находилась в состоянии сильных колебаний и чудовищной турбулентности. Даже если предшествующее состояние Вселенной во многом напоминала нашу Вселенную, то она прошла через длительный период сильных колебаний плотности и энергии. В том числе это касалось и течения времени. Несмотря на то, что Вселенная могла существовать и до Большого взрыва, квантовые эффекты во время отскока уничтожили почти все следы её предшествующей истории. Теория квантовой петлевой гравитации указывает, что Большой взрыв не является физическим началом, но, с другой стороны, не может дать полного описания того, что было до него.
От хаоса к порядку и обратно
Особое внимание уделяется термодинамическим процессам. Согласно второму закону термодинамики, беспорядок с течением времени нарастает, и это является аргументом против вечной Вселенной. За бесконечное время все процессы оказались бы полностью дезорганизованы, и в нашем мире царствовал бы хаос. Между тем определённая «забывчивость» или стирание предшествующих состояний делают молодую и растущую Вселенную независимой от прошлого беспорядка, накопившегося в её иные периоды существования. И все же у космологов есть надежда исследовать ранние и даже предшествующие Большому взрыву состояния. Одним из перспективных подходов является поиск гравитационных волн и их взаимодействия с микроволновым фоном излучения. Свой вклад может также внести и нейтринная астрономия, поскольку нейтрино, как и гравитационные волны, слабо взаимодействуют с веществом и могут проникать в первичную плазму. Возможно, в ближайшее время наука получит экспериментальные и наблюдательные подтверждения существования квантов, своего рода атомов пространства-времени, основ петлевой теории гравитации.
Платформа Дзен по определённым причинам меняет алгоритмы показов. Если вы уверены, что подписаны на канал рекомендуется проверить это в связи с возможной автоматической отпиской.
Также материалы по теме: