Что было до Большого Взрыва?

Когда Эдвин Хаббл объявил, что Вселенная постоянно расширяется, Эйнштейн был так взволнован, что, по сообщениям, он назвал включение Космологической константы в общую теории относительности «самой большой ошибкой» в его жизни. Ошибка заключалась в его предположении, что Вселенная была статичным, неизменным местом.

Расширение нашей Вселенной подразумевает, что ее расходящиеся обитатели, удаляются друг от друга, но их путь можно проследить до одной начальной точки. В ней и началась Вселенная, поскольку она возникла от первого космологического события, Большого Взрыва.

Если бы Вселенная была бесконечной и вечной, тогда всякая линия света попадала бы на поверхность небосклона, так что ночное небо было бы таким же сияющим, как поверхность Солнца.

У нас конечно, не тот случай, мы знаем, что звезды должны сиять до определенного времени. Открытие, что Вселенная имеет начало, почти 14 миллиардов лет назад, настолько глубока, что привело Стивена Хокинга к утверждению, что это «вероятно самое замечательное открытие современной космологии».

Однако нельзя не удивляться, что вызвало этот взрыв? И это еще один способ спросить, что было до него?

Однако этот вопрос слишком расплывчатый. Физики сужают его, исследуя только некоторые его аспекты, такие как размышление о том, что из предшествующего феномена привело бы к тому, что наша Вселенная проявит свойства, которые в настоящее время имеет.

Одной из изумляющих особенностей является удивительный порядок Вселенной. Вселенная по какой-то загадочной причине проявляет очень низкую энтропию или беспорядок, и поскольку энтропия возрастает со временем, Вселенная должна была логически начать с еще меньшей энтропии. Теория «пред-большого» взрыва должна объяснять, почему она началась именно так.

Все это однако только домыслы, а не проверенные факты, но гениальность и строгость мира, стоящего позади них, тем не менее, иллюстрируют молчаливое согласие природы на возмутительные и совершенно странные возможности, если, конечно, математика позволяет их существование.

Большой отскок

Начало Вселенной подразумевает, что она должна иметь конец. Космологи называют это Большим кризисом (Big crunch), апокалипсическим событием, когда Вселенная становится слишком переполненной и рушится под своей собственной массой.

В таком сценарии, в какой-то момент, гравитационное сжатие торжествует над пространственным расширением и тянет каждую массу в одну единственную точку, превращаясь в чудовищную черную дыру.

Единая точка, питающая эту черную дыру, известна как сингулярность. Это область нулевого объема и бесконечной плотности и, следовательно, бесконечной гравитации. Несколько космологов считают, что именно такая катастрофа породила нашу Вселенную.

Теория Большого отскока (Big Bounce) предсказывает, что наша Вселенная возникла из-за краха предыдущей Вселенной, когда она рухнула в сингулярность, прежде чем «отскочить назад», чтобы произвести нашу Вселенную.

Сингулярность являются печально известным космологическими явлениям. В настоящее время ни одна отрасль физики не может объяснить ее поведение. Общая относительность Эйнштейна не только разрушается в таком бесконечно малом масштабе, но и физика частиц в бесконечной плотности также выходит за рамки понимания стандартной модели квантовой физики.

Большой отскок особенно нарушает общую теорию относительности, поскольку, похоже, нет очевидной причины, по которой черная дыра внезапно превратилась бы в белую дыру. Некоторые считают, что наши рассуждения неполны, и должно быть новое, не открытое поле, которое преобразует сокращение в расширение.

Однако объединенная теория могла бы помочь. Физика, которая очень эзотерична, представляет собой комбинацию классической и квантовой физики, называемой квантовой космологией. Она нашла способ предсказать «отскок», не встречая сингулярности.

Квантовые космологи предполагают, что «Большой Кризис» сжимался не в сингулярность, а в несколько большую примитивную точку конечного объема и плотности, где квантовые эффекты силы тяжести достигли своего зенита и стали настолько отталкивающими, что совершенно новая Вселенная буквально отскочила от точки под воздействием этих сил.

Теория была придумана в 1960-х годах и получила значительное развитие в 80-х и начале 90-х годов. Несмотря на свою неспособность объяснить, как началась Вселенная с низкой энтропией, теория может объяснить, как она принимает однородную структуру.

Сторонники теории Большого Отскока предсказывают, что рождение нашей Вселенной является частью бесконечно повторяющегося цикла Кризисов и Взрывов.

Мультивселенная
Космическое излучение микроволнового фона (CMBR), зарегистрированное в 1960-х годах, было неопровержимым доказательством возникновения Большого взрыва. Это было остаточное тепло, первые лучи света, исходящие от этого взрыва, длина волны которого теперь растянулась до микроволн. Однако космологи были сбиты с толку тем, насколько однородной была карта излучения. Изотропия дает подсказку о том, почему Вселенная так упорядочена.

Объекты достигают температурного равновесия, распределяя тепло до ближайшего объекта или его окружения до тех пор, пока пониженная или повышенная температура получателя не станут равными. Однако однородность карты представляется невозможной, так как достижение равновесия между объектами при астрономических расстояниях ограничено скоростью света — оно не может быть достигнуто мгновенно.

Алан Гут предложил, чтобы равновесие быстро достигалось через несколько мгновений после Большого взрыва, когда атомные объекты находились в непосредственной близости. По его словам, равновесию быстро удалось добиться экспоненциального расширения Вселенной. Оно раздувало менее чем через секунду, предполагая структуру, которую мы теперь видим. Он назвал это явление инфляцией.

Инфляция не просто прекрасно объясняет, как мог произойти Большой взрыв, но она также может объяснить, что могло бы вызвать его. Согласно инфляции, пустое пространство непрерывно испытывает крошечные случайные квантовые флуктуации, где могут возникать заряженные пары частиц и античастиц, если они существуют в бесконечно малом времени до момента аннигиляции самих себя. Инфляция отделяет эти объекты до того, как они уничтожаются.

Инфляция намекает на формирование сетки вселенных или мультивселенной, которая имитирует сцепленные мыльные пузыри, где наша Вселенная одна среди них, изолированная от наших соседей, которые ускользают от любого их обнаружения.

Мультивселенная предполагает, что инфляция создает бесконечные вселенные, каждая из которых иллюстрирует различные свойства, все из которых можно проследить до простой случайности. Почему же тогда законы природы настолько щедро обращены в нашу пользу? Немного случайности и константы приобрели бы другую ценность, отменив наше существование!

До сих пор научное сообщество согласно в отношении того, что Большой взрыв разразился из сингулярности, точки, где все законы физики не работают, делая лишь грубые описания возможностей за ее пределами.

Прямо сейчас, без «теории всего», теории, которая, может объединить классическую физику и физику частиц, наука не может предсказать, как началась наша Вселенная и что было до нее.