Тайна возникновения Вселенной

david_mendel — 28.12.2023

Как родилась наша Вселенная? Если на это ответить трудно, тогда как насчет такого вопроса — что вообще было до нашей Вселенной? Пока ученые ищут ответ на самый сложный вопрос в истории, давайте узнаем, к чему они все-таки пришли. В двадцатом веке на эту тайну пролил свет один великий человек — Эдвин Хаббл. Однажды на горе Уилсон в Южной Калифорнии он направил свой телескоп на небо и обнаружил, что облака газа, которые там летают повсюду, на самом деле являются другими галактиками! И их там очень много. А также он узнал то, что навсегда изменило мир. Они движутся!

«Ну и что?», — спросите вы. Однако это означало одну очень важную вещь — Вселенная расширяется! А если она расширяется, то, значит, с чего-то ведь это все началось, не так ли?! Остается лишь запустить время вспять и посмотреть, с чего именно. Ученым потребовалось еще много лет, чтобы выработать полноценную теорию — Теорию Большого взрыва. Ничто царило повсюду, и не существовало понятий «когда» и «где». Была лишь «космическая сингулярность». Это состояние нашей Вселенной, в котором она была невероятно маленькой, плотной и очень горячей. Представьте, что наша Вселенная была сжата в маленький шарик. Давление и температура внутри были огромными. В какой-то момент противостоять этому стало невозможно и произошел Большой взрыв — выброс энергии и материи титанической силы, который и создал все, что мы сейчас видим: время и пространство, основные физические силы и кварки.

Кварки — крошечные частицы, из которых состоит наш мир, кипели в горячем «космическом бульоне». Когда он остыл, гравитация начала притягивать их друг к другу. Они собрались в атомы, затем в молекулы, а затем в первые объекты — в звезды. И все это произошло всего каких-то двенадцать-четырнадцать миллиардов лет назад. Итак, теперь мы знаем, как возникла наша Вселенная. Но что же было до этого? Алан Харви Гут, американский физик-теоретик и космолог, посвятил всю свою жизнь разгадке этой тайны. Он обнаружил некоторые недостатки в Теории Большого взрыва. Например, распределение материи было очень равномерным, хотя этого не должно было быть.

Подвесим к потолку воздушный шар, наполненный краской, и постелем на пол белый холст. Если уронить этот шарик, он лопнет, и на холсте будет абсолютный хаос. Куча разных пятен, беспорядочно разбросанных повсюду. Но все совсем не так, как выглядела ранняя Вселенная. Вместо того, чтобы бросать шар, давайте нарисуем на холсте маленькую красную точку. Теперь немного ее увеличим. И еще немного. Если запечатлеть это покадровой съемкой, то мы увидим круг, постепенно растущий во всех направлениях. Такова реальность. Ранняя Вселенная была ровной и пропорциональной. Это и было открытие Гута: «теория инфляции». Согласно ей, до Большого взрыва существовала какая-то сила, которая могла придать «взрыву» мощное ускорение. Нечто, что мгновенно и равномерно распределило все в пространстве. Теория Гута имела большой успех, и теперь от нее отталкиваются многие ученые. Для большинства из них этой идеи о рождении Вселенной вполне достаточно. Для большинства, но не для всех!

Мартин Бойовальд — немецкий профессор физики. Он полагает, что Вселенная родилась совсем по-другому. Помните, мы говорили о космической сингулярности, то есть о состоянии Вселенной, в котором она была маленькой, плотной и сверхгорячей. Согласно теории Бойовальда, сингулярность не могла «возникнуть из ниоткуда». Это же чушь! Но тогда как же она появилась? Давайте взглянем на маятник старых часов, который качается вправо-влево. Он движется плавно, непрерывно и безостановочно. Именно так мы и видим время — оно течет и не останавливается.

Но квантовое время так не работает! Оно больше похоже на секундную стрелку часов. Оно состоит из небольших сегментов и делает короткие паузы, как секундная стрелка часов — начало одного отрезка времени всегда является концом другого. Понимаете, к чему это? Давайте снова вернемся к воздушным шарам. Согласно Теории Большого взрыва, когда-то давным-давно наша Вселенная начала расширяться — надуваться, как воздушный шарик. Но рано или поздно шарик сдувается. Вселенная начнет сжиматься и вернется в состояние космической сингулярности. И что будет потом? Еще один Большой взрыв! 

Ничто не появляется из ниоткуда и не исчезает в никуда. Согласно теории Бойовальда, начало каждой вселенной — это конец предыдущей. Наша Вселенная не первая и не последняя. Миллионы подобных вселенных существовали до нас и будут существовать после. Эта теория, хотя и звучит очень логично, далека от завершения. К сожалению, у нас недостаточно знаний, чтобы найти все доказательства. Так что пока это все лишь гипотеза. Но некоторым ученым приходят в голову еще более странные идеи. Порой они выдвигают совсем уж необычные теории.

Нил Турок, южноафриканский физик, и его коллега Пол Стейнхардт, американский физик-теоретик, ищут ответы далеко за пределами нашей Вселенной. Они согласны, что наша Вселенная не первая. Их было и будет бесконечное множество. Согласно их теории, наша Вселенная — всего лишь одна из бесконечного числа других. И все мы застряли в цикле бесконечных перерождений параллельных миров. Звучит странно и пугающе. Но как это работает? Согласно этой теории, наша Вселенная расположена на так называемой бране (как в мембране). То есть мы застряли на какой-то эластичной поверхности, которая способна сжиматься, растягиваться, колебаться и так далее. Подобно кускам ткани на веревке, эти параллельные вселенные находятся рядом друг с другом. У каждой из них есть сосед, и мы не исключение.

Другая вселенная может находиться в сантиметре от нашей, но мы не можем ее видеть, потому что между нами есть пространство с четвертым измерением. Как возникают эти вселенные? Через столкновение бран. Эти браны очень медленно сближаются друг с другом, пока однажды, наконец, не столкнутся. Это создает два Больших взрыва и две параллельные вселенные. Затем они друг от друга отдаляются. Новые миры продолжают жить. Сейчас мы находимся именно на этой стадии. Но когда они исчезают, браны снова сталкиваются, и это приводит к рождению новой вселенной. Помните теорию инфляции? Какая-то таинственная энергия подтолкнула и ускорила Большой взрыв. Да, если мы и правда столкнулись с другой вселенной, это бы все объяснило.

Конечно, все описанное здесь является большим упрощением. Когда мы слышим, что наш мир — это «кусок ткани на веревке», это звучит глупо. Но эта идея основана на теории струн и М-теории, двух гигантах квантовой механики. Если они окажутся правдой, то смогут объяснить почти все в нашей Вселенной. Создание теории — невероятно сложный процесс. Турок и Стейнхардт произвели огромное количество вычислений и отвергли много нерабочих теорий. Чтобы в этом разобраться, им пришлось выйти за пределы человеческого разума и мыслить сразу в одиннадцати измерениях!

К сожалению, над этой невероятной и элегантной теорией лишь посмеялись. Турок и Стейнхардт говорят, что ученые — обычные люди, такие же, как и все остальные. Они так же боятся перемен и неизвестности. Всегда страшно подвергать сомнению все, во что мы верим. Много лет назад люди не верили, что Земля круглая. Тогда они были возмущены теорией Большого взрыва. Нельзя делать открытия без борьбы и страха. Вот почему Турок и Стейнхардт не собираются сдаваться. В конце концов, имеющиеся доказательства говорят о том, что каждая из трех теорий в равной степени возможна. Так какая из них верна? Возможно, мы никогда этого не узнаем. По крайней мере, в ближайшее время. К сожалению, пока мы можем лишь строить теории. Но, может быть, однажды мы найдем что-то, что откроет нам глаза, и разгадаем тайну того, как возникла наша Вселенная.

https://adme.media/zhizn-nauka/kto-sozdal-nichto-iz-kotorogo-obrazovalas-nasha-vselennaya-2521810/

Что же должно произойти в будущем?

Согласно второму началу термодинамики изолированная система со временем должна достичь состояния хаоса. Если вспомнить очень нелюбимую студентами функцию энтропия, то это начало можно сформулировать (а формулировок этого закона много) как «Энтропия замкнутой системы возрастает». Касательно Вселенной это означает, что со временем все звезды погаснут, космические тела распадутся, а расширение будет продолжаться бесконечно долго.

Хотя описанный выше «Конец света» произойдет очень и очень нескоро, физиков и астрономов (а они ведь тоже люди!) подобная перспектива радовала мало. И они начали создавать альтернативные варианты дальнейшего существования Вселенной.

Альтернативой бесконечному расширению оказалось сжатие. При этом процессе разбегание галактик сперва будет замедляться. Затем остановится и галактики устремятся навстречу одна другой. Красное смещение заменится фиолетовым, охлаждение – разогревом, пока все Вещество Вселенной снова не соберется в сингулярность. А затем снова произойдет Большой взрыв, и цикл расширения и сжатия повторится.

В начале 30-х годов эта теория циклической Вселенной имела среди маститых ученых немало сторонников, ей отдавал должное даже Альберт Эйнштейн. Но в 1934 году Ричард Толман в своей работе доказал несостоятельность теории цикличности – всему виной оказалась энтропия. Возразить против Второго начала термодинамики и строгих научных выкладок было нечего. Однако физики и астрономы не желали полностью отказываться от идеи цикличности Вселенной и всячески искали способ обойти проблему возрастания энтропии.

Виллем де Ситтер, Георгий Гамов и некоторые другие известные физики призывали не отказываться от теории цикличности, а просто внести в нее определенные коррективы. Согласно их представлениям Вселенная после стадии расширения действительно начинает сжиматься, но это происходит не до момента стягивания всего вещества в одну точку, а только до достижения определенного критического размера объема. После этого происходит новая стадия расширения. И все повторяется.

Эта циклическая модель очень похожа на теорию Большого взрыва, поэтому и получила схожее название теория Большого отскока. До 1987 года термин «Большой отскок» в мировой научной литературе не зафиксирован, а затем в течение нескольких лет в немецко- и англоязычных публикациях.

Если подойти к теории «Большого отскока» со стороны квантовой теории, то получается, что в процессе сильного сжатия вещества меняется состояние квантовой пены (небольших областей в которых пространство-время меняет свои свойства подобно пене морского прибоя). Подобная изменчивость приводит к тому, что при приближении степени сжатия к критическому объему начинают коренным образом изменяться сами фундаментальные физические постоянные, такие как скорость света в вакууме и универсальная гравитационная постоянная.

На данный момент в рамках теории Большого отскока вряд ли возможно определить, когда наблюдаемое расширение сменится сжатием. Также невозможно выяснить является ли наша Вселенная первичной или появилась в результате Большого отскока (и какого конкретно по счету).

В 2003 году Питеру Линдсу удалось теоретически обосновать Большой отскок. Ему удалось доказать, что сжатие Вселенной до определенного размера не противоречит Второму началу термодинамики. С 2007 по 2011 годы Мартину Боджовальду из университета Пенсильвании удалось не только новую математическую модель квантовой гравитации, но и показать, как в рамках этой модели мы можем черпать данные о предыдущей Вселенной (в рамках теории Большого отскока).

В 2020 году Роберту Брандербергеру и Зивей Ван, сотрудникам университета Макгилла (Квебек, Канада), удалось математически просчитать, что с момента Большого взрыва до момента максимального расширения Вселенной проходит примерно 100 центиллионов лет (центиллион - это 10^303 степени, или 1, а за ней 303 нуля). Затем наступит стадия сжатия, когда все вещество вселенной соберется в одну невообразимую дыру и последует новый Большой взрыв.

Источник: https://dzen.ru/a/YgIw5HCDem-bs4ty

Не волнуйтесь, совсем скоро, через 4 миллиарда лет наша планета будет поглощена светилом и обратиться в плазму. Мой маленький желтый карлик: как устроена единственная звезда в нашей системе

Однако, на самом деле все  гораздо сложнее: Четырехмерная вселенная: как её понять и как...

Оставить комментарий

Популярные посты:

didius

Особенности регистрации товарного знака в Краснодаре: что нужно знать местным предпринимателям

kukmor

Доброе утро!

afirsov

Красоты в ленту - "вИсокое искусство боксарта"

george_rooke

Просто так

anti_chief

Прощай, мой любимый - вкусный, ароматный и пробуждающий кофе! )

oleg_tsarev

Спецпосланником Трампа по Украине будет 80-летний

wildcompany

Река Енисей

roman_yushkov

Здесь всё равно будет школа. И рядом детский сад

catherine_catty

"Советский вечер на Вятской", или Назад, в прошлое

• Архив