Когда дело доходит до теорий Вселенной, теория Большого Взрыва почти принимается как факт. Тем не менее, это все еще неясно, и некоторые ученые считают, что Вселенная началась не со взрыва, а с отскока.
Ключевые выводы
- Теория Большого Взрыва рассматривается как де-факто способ возникновения Вселенной, но у нее есть некоторые проблемы.
- Одна из проблем заключалась в том, что он не мог описать, как Вселенная стала однородной и однородной, что мы и наблюдаем сегодня.
- Физики подкорректировали теорию Большого взрыва, чтобы учесть это, но теория Большого отскока может решить эти проблемы без особых изменений.
Большинство из нас знакомы со стандартным повествованием о том, как началась Вселенная. Была бесконечно плотная точка бесконечной температуры без размера, называемая сингулярностью. Эта сингулярность взорвалась, создав все пространство, энергию и материю, которые мы считаем нашей вселенной, в результате события, называемого Большим взрывом. Между 10-36 секунд (это 0,0000000000000000000000000000000000000001 секунд) и 10-32 секунд, пробел расширен экспоненциально, увеличиваясь в размерах. После этого периода пространство продолжало расширяться, но гораздо медленнее, и в конце концов мы видим Вселенную, которую наблюдаем сегодня. Это инфляционная теория Большого взрыва, самая популярная и общепринятая теория происхождения Вселенной. Однако нам еще предстоит доказать эту теорию, и некоторые считают, что она не рисует точной картины.
График расширения Вселенной. В крайнем левом углу этого изображения вы можете увидеть очень короткий момент инфляции, который, по мнению многих физиков, уравновешивает рандомизирующие эффекты ранних квантовых флуктуаций.
Wikimedia Commons
Зачем нам инфляция
Среди этих критиков есть физик из Принстона Пол Стейнхардт, который фактически внес свой вклад в развитие описанной выше теории, идеи о том, что существовал момент массового расширения пространства, называемый инфляционной эпохой, которая быстро замедлилась до темпов расширения, наблюдаемых сегодня. Но включение инфляционной эпохи кажется странным - откуда такая внезапная смена темпов расширения? На самом деле это что-то вроде изобретения, средство исправления проблемной причуды в ванильной теории Большого Взрыва.
«Большой взрыв - это не то, что мы действительно глубоко понимаем, у нас нет теории Большого взрыва», - говорит Стейнхардт.
«Но наше представление состоит в том, что это какой-то случайный, очень турбулентный квантовый процесс, начинающийся из ничего во что-то. Таким образом, это оставило бы вселенную, которая очень случайна и искажена. Однако мы не наблюдаем этого по тому, как Вселенная выглядит сегодня. Так что нам нужна идея, чтобы это исправить».
Сегодня, когда вы достаточно сильно уменьшаете масштаб, Вселенная выглядит довольно плоской и однородной - материя и энергия распределены довольно равномерно, а пространство-время не имеет никаких изгибов. Инфляция помогла преодолеть разрыв между очень случайным взрывом сингулярности и однородностью, которую мы наблюдаем сегодня - пространство расширилось так быстро, что сгладило все неравномерности, которые могли возникнуть из-за квантовых эффектов во время Большого взрыва.
Инфляция вызывает больше проблем, чем решает?
Несмотря на помощь в разработке, Стейнхардт видит несколько проблем с моделью инфляции. Например, те квантовые эффекты, с которыми должна была иметь дело инфляционная теория, на самом деле могут создавать участки Вселенной, где инфляция продолжается вечно. «Проблема в том, - сказал Стейнхардт в интервью Nautilus, - из-за эффектов квантовой физики эти пятна не все одинаковы. Эффекты квантовой физики, если их правильно включить, приводят к ситуации, когда некоторые пятна похожи на нас, а некоторые пятна не похожи на нас; и на самом деле любой мыслимый возможный исход Вселенной может произойти, если вы будете смотреть от патча к патчу, и нет особой причины, по которой наш вариант более вероятен, чем любой другой. То, что здесь описывает Стейнхардт, - это мультивселенная, бесконечное количество разных вселенных с разными правилами. Тот, где мы существуем, просто имеет правильные правила.
Проблема в том, что это почти похоже на мошенничество. Если инфляция порождает бесконечное число вселенных, то, конечно же, мы получим ту, которую видим вокруг себя; на самом деле это не объясняет нашу конкретную вселенную. И по этой причине инфляционная теория тоже не может быть опровергнута - она все предсказывает, а потому не делает никаких проверяемых предсказаний. Что, если бы существовало более простое объяснение?
Cue the Big Bounce
Вместо Большого Взрыва, с сопутствующими ему проблемами, требующими введения инфляции, Стейнхардт и другие ученые забавляются с идеей Большого Отскока. Существует множество теорий Большого отскока, но в основном они сводятся к идее, что Вселенная попала в цикл, когда она расширяется после Большого взрыва, а затем начинает сжиматься. Некоторые теории говорят, что она сжимается до точки сингулярности, где классическая физика рушится, и снова взрывается новым Большим взрывом, в то время как другие теории предполагают, что Вселенная сжимается до точки чуть выше сингулярности, где классическая физика продолжает применяться..
Но важно то, что этот процесс сжатия дает Вселенной время, чтобы стать единообразным во всем. Когда происходит отскок, вся материя довольно однородна и со временем становится неупорядоченной. В настоящее время мы живем во времена, когда Вселенная упорядочена, но со временем она станет беспорядочной. Как только она начинает сжиматься, Вселенная снова становится все более упорядоченной. По мере того, как она сжимается все больше и больше, материя и энергия распределяются по Вселенной более равномерно. Вещи выравниваются и становятся более однородными по мере приближения следующего отскока. Возможно, наша Вселенная не имеет определенного начала и не будет иметь определенного конца - она может просто вечно прыгать.