Что говорит теория большого взрыва о том что было до момента самого большого взрыва
Обновлено: 01.07.2024
В начале XX века астрономы Эдвин Хаббл и Милтон Хьюмасон обнаружили, что галактики постепенно удаляются от Млечного Пути. А точнее, все галактики удаляются друг от друга — а это значит, что Вселенная расширяется. Стало быть, когда-то в далеком прошлом вся наша Вселенная была намного меньше, жарче и плотнее.
Это описание — известное сегодня как теория Большого взрыва — вынесло испытание временем, справляясь с новыми открытиями и альтернативными объяснениями на протяжении всего прошлого века. Так что же такое этот Большой взрыв?
Большой взрыв произошел везде сразу
Вселенная не имеет ни центра, ни края. Каждая часть космоса постоянно расширяется, а это значит, что если мы отмотаем часы назад, то сможем выяснить, когда именно все было собрано вместе — 13,8 миллиарда лет назад. Поскольку каждое место, которое мы отобразим на карте Вселенной сегодня, занимало ту же самую точку и тогда, а наша Вселенная целиком вышла из Большого взрыва, то и у самого взрыва не было «точки на карте» — он произошел везде одновременно.
Большой взрыв не объясняет начало всего
Большой взрыв, как правило, отсылает к теории расширения космоса и ранней горячей стадии возникновения Вселенной. Однако, несмотря на это, даже ученые зачастую злоупотребляют этим термином, описывая вероятный момент времени, когда все было «упаковано» в одну точку. Проблема в том, что не существует ни наблюдений, ни даже складной научной теории о том, что представляет собой этот отрезок времени, который принято называть космологической сингулярностью.
Вот что говорил по этому поводу Стивен Хокинг, теоретически доказавший в 1967 году возможность возникновения такой сингулярности при пересчете назад во времени расширения Вселенной:
«Результаты наших наблюдений подтверждают предположение о том, что Вселенная возникла в определенный момент времени. Однако сам момент начала творения — сингулярность — не подчиняется ни одному из известных законов физики».
Таким образом, космологическая сингулярность является отправной точкой для Вселенной, которую мы наблюдаем, но могло быть что-то, что было и до нее.
Сложность здесь состоит в том, что сильно перегретая Вселенная и ее невероятно быстрое расширение, последовавшие за сингулярностью, стерли все следы того, что могло происходить до Большого взрыва. Ученые сегодня пытаются найти способ обнаружения признаков более ранней Вселенной — и, хотя пока ни одного найти не удалось, исключать это неразумно.
Схема эволюции Вселенной
Большой взрыв — это прежде всего водород и гелий
Что именно решает научная теория Большого взрыва? В основе теории, в первую очередь, лежит объяснение химического состава нашей Вселенной — это же и остается ее самым успешным и точным предсказанием. Все началось в 40-х годах прошлого века, когда Ральф Альфер и Джордж Гамов провели подсчеты, подтвердившие, что ранняя Вселенная была достаточно горячая и плотная, чтобы в точности произвести весь объем гелия, лития и дейтерия, наблюдаемого в космосе; поздние наблюдения подтвердили происхождение водорода. Это открытие стало известно как нуклеосинтез Большого взрыва.
Большой взрыв - это не начало. До него была другая вселенная
По словам Роджера Пенроуза, лауреата Нобелевской премии по физике, до Большого взрыва существовала более ранняя вселенная, которую можно увидеть и сегодня.
89-летний Роджер Пенроуз, получивший честь за свою главную работу, доказывающую существование черных дыр, сказал, что он обнаружил шесть «теплых» точек в небе (называемых «точками Хокинга»), которые были примерно в восемь раз больше диаметра Луны.
Они названы в честь профессора Стивена Хокинга, который предположил, что черные дыры «испускают» излучение и в конечном итоге полностью испаряются.
Временной масштаб полного испарения черной дыры огромен, вероятно, больше, чем возраст нашей нынешней Вселенной, что делает невозможным их обнаружение.
Однако Роджер Пенроуз считает, что теперь можно наблюдать «мертвые» черные дыры из более ранних вселенных или «эонов». Если это правда, это подтвердит теории Хокинга.
Пенроуз разделил премию World Physics Award с профессором Хокингом в 1988 году за их работу над черными дырами.
Выступая из своего дома в Оксфорде, Роджер Пенроуз сказал: «Я утверждаю, что следил за радиацией Хокинга». Большой взрыв не был началом. Что-то было до Большого взрыва, и это будет в нашем будущем.
«У нас есть вселенная, которая расширяется, и вся масса исчезает, и в этой моей безумной теории это далекое будущее превращается в Большой взрыв другого эона».
«Итак, наш Большой взрыв начинается с чего-то, что было далеким будущим предыдущего эона, и это приводит к таким черным дырам, которые испаряются за счет испарения Хокинга, и они создают те точки в небе, которые я называю точками Хокинга.
"Мы видим их. Эти точки примерно в восемь раз больше диаметра Луны и являются немного более теплыми регионами. По крайней мере, шесть из этих пунктов имеют довольно убедительные доказательства. "
Пенроуз недавно опубликовал свою теорию точек Хокинга в Ежемесячном бюллетене Королевского астрономического общества.
Идея противоречива, хотя многие ученые полагают, что Вселенная работает в непрерывном цикле, в котором она расширяется, прежде чем сжиматься в новый Большой взрыв.
Роджер Пенроуз говорит, что черные дыры когда-то тоже вызывали споры. Впервые они были предложены английским ученым Джоном Митчеллом в 1783 году, который предположил, что если объект станет настолько плотным, его массивное гравитационное притяжение остановит даже излучение света.
Но даже Альберт Эйнштейн отверг их, заявив, что черные дыры - это математическое любопытство, а не физическая реальность.
Лишь в 1964 году, через девять лет после смерти Эйнштейна, Пенроуз предположил, что черные дыры являются неизбежным следствием общей теории относительности.
Пенроуз доказал, что когда объекты становятся слишком плотными, они подвергаются гравитационному коллапсу до точки с бесконечной массой, называемой сингулярностью, где перестают действовать все известные законы природы.
Его новаторская статья до сих пор считается самым важным вкладом в теорию относительности после Эйнштейна и увеличивает доказательства Большого взрыва.
Роджеру было около тридцати, когда он впервые наткнулся на эту идею, идя к станции лондонского метро по пути в Биркбек-колледж. Теперь, 56 лет спустя, он наконец получил признание за свою работу Шведской королевской академией наук.
«Я считаю, что слишком рано получать Нобелевскую премию - это плохо. Я знаю ученых, которые получили награду слишком рано, и это разрушило их науку. Если вы собираетесь получить Нобелевскую премию по науке, хорошо, когда вы добрый и старый, прежде чем о вас полностью забудут, а не тогда, когда еще есть чем заняться, это мой совет », - говорит Роджер Пенроуз.
Что было до Большого взрыва: Новая теория
Большой взрыв одна из главных научных загадок. Ученые спорят, что было в его первые секунды, как родилась наша вселенная и куда движется. Но, чем бы не занимались космологи и их коллеги, в начале был взрыв. Хотя его может и не было совсем.
Основные теории
Есть один важный момент: судить о существовании всего мы можем только на основе данных, которые у нас есть. Мы видим небольшую часть вселенной и считаем, что её существование такое: по расчетам Вселенная появилась 13,77 ± 0,059 млрд лет назад. На этом основывается теория Большого взрыва, до которого все сущее находилось в состоянии сингулярности, некой точке, стремящийся к бесконечности или границе, за которой все остальное бессмысленно. Потом что-то произошло и мощный всплеск энергии запустил пространство и время, начав стремительное расширение. Там множество этапов формирования атомов, веществ и всего, что мы сейчас видим.
Это самая простая и удобная теория для научного мира, которая все объясняет. Правда, эта теория все равно не говорит том, что было в первые миллисекунды существования. Удобно сказать, что до взрыва была сингулярность, где законы физики не работают.
Вот, Стивену Хокингу нравилась другая теория, которая гласит, что в начале ничего вообще не было. Просто вакуум, а вселенная возникла из неких квантовых колебаний. Нулевые колебания существуют и экспериментально доказаны. Раз до взрыва не было времени, то и проблемы нет. Еще, есть теория, что вселенная возникла из Черной дыры.
Еще одна популярная теория гласит, что до Большого взрыва существовала другая вселенная. Но, какой она могла быть и как возникла ученые не знают. Дело в том, что в момент высоких температур Большого взрыва, теория Эйнштейна перестает работать.
Ученые рассказали, какой была Вселенная до Большого взрыва
Большим взрывом обычно считают начало всего: около 13,8 миллиардов лет назад наблюдаемая Вселенная взорвалась и расширилась. Но какой она была до этого момента?
Пока на этот вопрос еще никому не удалось ответить. Однако, по мнению ученых, она могла быть какой угодно. И каждый вариант по-своему удивителен.
Первое, что нужно понять, это то, чем на самом деле был Большой взрыв.
«Большой взрыв — это момент во времени, а не точка в пространстве», - сказал Шон Кэрролл, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института (США). Итак, сотрите из своего воображения крошечный клочок плотной материи, внезапно взрывающийся в пустоту.
Во-первых, отметил Кэролл, Вселенная при Большом Взрыве, возможно, не была особенно маленькой. Конечно, все в наблюдаемой сегодня Вселенной - сфере диаметром около 93 млрд световых лет, содержащей как минимум 2 триллиона галактик - было втиснуто в пространство шириной менее сантиметра. Но за его пределами, возможно, было много того, чего земляне никогда не смогут увидеть, поскольку свет физически не может преодолеть расстояние в 13,8 млрд лет.
Таким образом, вполне вероятно, что Вселенная во время Большого Взрыва была крошечной или, наоборот, бесконечно большой, но узнать это наверняка вряд ли когда-либо получится.
По словам ученого, за пределами нашей Вселенной действительно ничего нет, потому что Вселенная по определению — это и есть все. Итак, во время Большого взрыва все было плотнее и горячее, чем сейчас, но «снаружи» этого всего было не больше, чем сегодня. Кэрролл подчеркнул, что как бы ни было заманчиво объяснить все божественным промыслом и представить, что вы могли бы стоять в пустоте и смотреть на измученную маленькую Вселенную прямо перед Большим взрывом, к сожалению, это невозможно. Вселенная не расширялась в космос; расширилось само пространство.
Никто точно не знает, что происходило в ней после Большого взрыва до момента, когда она достаточно остыла, чтобы протоны и нейтроны могли столкнуться. Многие ученые считают, что в течение этой первой секунды Вселенная прошла процесс экспоненциального расширения, называемого инфляцией. Это сгладило бы материю пространства-времени и могло бы объяснить, почему сегодня вещество во Вселенной так равномерно распределено.
Возможно, что до Большого взрыва вселенная была бесконечной полосой ультратонкого, плотного материала, сохраняющегося в устойчивом состоянии до тех пор, пока по какой-то причине не произошел, собственно, сам Большой взрыв. Эта сверхплотная вселенная, возможно, управлялась квантовой механикой, пояснил Кэрролл. Таким образом, Большой Взрыв представлял бы момент, когда классическая физика взяла на себя главную движущую силу эволюции Вселенной.
Для Стивена Хокинга этот момент был всем, что имело значение: до Большого взрыва, по его словам, события неизмеримы и, следовательно, не определены. Хокинг назвал это безграничным предложением: время и пространство, по его словам, конечны, но у них нет границ, точно так же, как конечна планета Земля, но она тоже не имеет границ.
«Поскольку события до Большого взрыва не имеют наблюдаемых последствий, можно также исключить их из теории и сказать, что время началось с Большого взрыва», - рассказал он в интервью National Geographic Show «StarTalk».
Или, возможно, до Большого взрыва было что-то еще, о чем стоит задуматься. Согласно одной из теорий, Большой взрыв — это не начало времени, а скорее момент симметрии. Другими словами, до Большого взрыва была другая вселенная, идентичная этой, но с энтропией, растущей к прошлому, а не к будущему.
По словам Кэрролла, растущая энтропия, или растущий беспорядок в системе, — это, по сути, стрелка времени, поэтому в этой зеркальной вселенной время бы шло в обратном направлении относительно времени в современной Вселенной, которая оказалась бы в прошлом. Сторонники этой теории также предполагают, что другие свойства Вселенной также были бы перевернуты в этом «зеркале». Например, физик Дэвид Слоун писал, что асимметрии в молекулах и ионах (так называемые хиральности) будут противоположны тем, что есть в нашей Вселенной.
Согласно этой гипотезе, Большой взрыв был не началом всего, а скорее моментом времени, когда Вселенная перешла от периода сжатия к периоду расширения. Эта теория, получившая название «Большой отскок», предполагает, что нас окружают бесконечные Большие Взрывы, поскольку Вселенная постоянно расширяется, сжимается и расширяется снова. Проблема с этой идеей, заключается в том, сказал Кэролл, что объяснений, почему и как расширяющаяся Вселенная будет сжиматься и возвращаться в состояние с низкой энтропией, нет.
Кэрролл и его коллега Дженнифер Чен имеют собственное видение «вселенной до Большого взрыва». В 2004 году физики предположили, что, возможно, наша Вселенная, какой мы ее знаем, является порождением родительской вселенной, из которой вырвалось немного пространства-времени.
По словам Кэрролла, это похоже на распад радиоактивного ядра: когда ядро распадается, оно выплевывает альфа- или бета-частицу. Родительская вселенная может делать то же самое, за исключением того, что вместо частиц она выплевывает маленькие вселенные, возможно, бесконечно. «Простое квантовое колебание, которое позволяет этому случиться», - объяснил Кэрролл. Эти «малыши» являются «буквально параллельными вселенными», которые никак не взаимодействуют и не влияют друг на друга.
Если все это и звучит довольно странно, то только потому, что у ученых пока нет возможности даже просто взглянуть назад, на сам момент Большого взрыва, не говоря уж о том, чтобы увидеть, как все было до него. Обнаружение в 2015 году гравитационных волн, исходящих от мощных галактических столкновений, позволяет использовать их для раскрытия фундаментальных загадок о расширении Вселенной в эту первую критическую секунду.
Кэрролл отметил, что физикам-теоретикам тоже есть над чем поработать, например, делать более точные прогнозы о работе квантовых сигналов, таких как квантовая гравитация.
«Мы даже не знаем, что мы ищем. И так будет до тех пор, пока у нас не появится хотя бы элементарная теория», - сказал Кэрролл.
Читайте также: