В начале был бесконечно плотный крошечный шар материи. Затем он взорвался, породив атомы, молекулы, звезды и галактики, которые мы видим сегодня. Ну или, по крайней мере, так нам говорили физики в течение последних нескольких десятилетий.
Конечно, прежде чем физики решат отказаться от Большого взрыва в пользу цикла «взрыв-отскок», эти теоретические предсказания должны будут выдержать натиск наблюдательных исследований.
Прыгающая космология
У ученых есть действительно хорошая картина очень ранней Вселенной — то, что мы знаем и любим как теорию Большого Взрыва. В этой модели описывается, что давным-давно Вселенная была намного меньше, намного горячее и намного плотнее, чем сегодня. В этом раннем аду 13,8 миллиарда лет назад все элементы, которые делают нас такими, какие мы есть, были сформированы в течение примерно дюжины минут.
Еще раньше, как предсказывает эта модель, в какой-то момент вся наша Вселенная — все звезды, все галактики, вообще все — была размером с персик и имела температуру более квадриллиона градусов (в этом числе 15 нулей).
Модель Большого взрыва и дальнейшего развития Вселенной.
Удивительно, но эта фантастическая история соответствует всем современным наблюдениям. Астрономы проделывали все, начиная от наблюдений за остатками электромагнитного излучения из молодой Вселенной и заканчивая измерением обилия самых легких элементов, и обнаружили, что все отлично соответствует тому, что предсказывает теория Большого Взрыва. Насколько мы можем судить, она дает нам точный портрет нашей ранней Вселенной.
Но, как бы хорошо это ни было, мы знаем, что картина Большого Взрыва не является полной — отсутствует кусок головоломки, и этот кусок — самые ранние моменты жизни Вселенной.
И это довольно большой кусок.
Большой пожар
Проблема заключается в том, что физика, которую мы используем для понимания ранней Вселенной (удивительно сложная мешанина общей теории относительности и физики частиц высоких энергий), не может завести нас достаточно глубоко. По мере того, как мы пытаемся проникнуть все глубже и глубже в первые моменты жизни нашего космоса, математику становится все труднее и труднее решать, вплоть до того момента, когда она просто ... ломается.
Главным признаком того, что нам еще предстоит дорабатывать математическую модель, является наличие сингулярности, или точки бесконечной плотности, в момент Большого Взрыва. Если принять это за чистую монету, то получается, что в какой-то момент Вселенная была втиснута в бесконечно крошечную и бесконечно плотную точку. Это очевидно абсурдно, и на самом деле это говорит нам о том, что нам нужна новая физика для решения этой проблемы — наш нынешний инструментарий просто недостаточно хорош.
Уровни строения мира: макроскопический (1), молекулярный (2), атомный (3), субатомный (4 и 5) и струнный (6).
Чтобы спасти положение, нам нужна какая-то новая физика, что-то такое, что способно управлять гравитацией и другими силами, объединенными на сверхвысоких энергиях. И это именно то, что дает нам теория струн: модель физики, которая работает с микроскопическими квантовыми струнами, которые намного порядков меньше известных нам частиц. И, простите за каламбур, в теории теория струн может объяснить самые ранние моменты существования Вселенной.
Одним из самых ранних понятий теории струн является «экпиротическая» Вселенная, которая происходит от греческого слова, означающего «пожар» или «огонь». В этом сценарии то, что мы знаем как Большой Взрыв, было вызвано чем-то другим, происходившим до него — иными словами, Большой Взрыв был не началом, а частью более крупного процесса.
Расширение экпиротической концепции привело к появлению теории, опять же мотивированной теорией струн, называемой циклической космологией. Конечно, технически идея о том, что Вселенная постоянно повторяется, существует уже тысячи лет и предшествует физике, но теория струн дала этой идее твердое математическое обоснование.
Циклическая Вселенная постоянно переживает состояния больших взрывов и больших «схлопываний», переходя от одного к другому теоретически на протяжении вечности.
Перед началом
Как бы круто это ни звучало, ранние версии циклической модели испытывали трудности с подтверждением теории путем наблюдений — что очень важно, когда вы пытаетесь заниматься наукой, а не просто рассказываете истории у костра.
Микроволновый фон. Красные области имеют более высокую температуру, синие более низкую.
Главным препятствием является согласование циклической модели с нашими наблюдениями космического микроволнового фона — ископаемого света, оставшегося с тех времен, когда Вселенной было всего 380 000 лет. Проблема в том, что до этого момента во Вселенной был лишь горячий однородный суп из частиц, заглянуть в который мы не можем — а, значит, наша информация о более ранних временах остается чисто теоретической.
Поэтому кажется, что циклическая Вселенная является лишь очередной красивой теорией, которую мы никак не можем подтвердить.
Но экпиротический факел продолжал гореть на протяжении многих лет, и статья, опубликованная в январе в базе данных ресурса arXiv, поправила некоторые шероховатости в математике и использовала некоторые ранее упущенные возможности. Физики Роберт Бранденбергер и Зивей Ван из Университета Макгилла в Канаде вместо того, чтобы смотреть на раннюю Вселенную, решили зайти с другой стороны и математически просчитать момент «отскока», когда наша Вселенная сжимается до невероятно маленькой точки и возвращается в состояние Большого взрыва.
И здесь они не встретили никаких противоречий — иными словами, циклическая Вселенная действительно может существовать, и сложная плохо понятая физика этой критической эпохи действительно может позволить радикально пересмотреть взгляд на наше время и место в космосе.
Единственная проблема заключается в том, что мы живем во времена инфляции, или расширения, Вселенной. Поэтому для подтверждения «отскока» нужно или изобрести абсолютно новые космологические эксперименты, или же ждать несколько десятков (если не сотен) миллиардов лет, пока Вселенная не начнет схлопываться. Но, кто знает — возможно в будущем мы узнаем правду о нашем прошлом каким-нибудь другим более простым способом.
