Тайны Мироздания. От БВ к другим сценариям

От Большого взрыва к другим космическим сценариям

Солнцев: «Слушай, мы столько здесь говорили про Большой взрыв, инфляцию… А вдруг это не вся история? Ну, типа, а что, если никакого “первого мига”, начала всего вообще не было?»
Шер (улыбается): «Молодец, мой юный друг! De omnibus dubitandum, - как сказал великий французский философ, математик и естествоиспытатель Рене Декарт более пяти столетий назад, что означает - подвергай всё сомнению. Сомнение – это путь к истине! Ты не одинок в своих сомнениях.  Учёные тоже так думают. Большой взрыв отлично описывает развитие Вселенной после сверхплотного состояния, но не объясняет, откуда это состояние взялось и “что было до этого?”. Именно поэтому учёные предлагают другие сценарии — не чтобы просто спорить, а чтобы попробовать закрыть эту загадку — это не просто: как пытаться описать первую секунду фильма, когда даже камера ещё не включилась.
В качестве небольшой лекции попробую осветить самые интересные из них.

Теория Вечной стационарной Вселенной.

С этой теорией связана интересная история, о том, как и великие могут ошибаться. Эйнштейн в 1917 году после создания общей теории относительности (ОТО) попробовал применить её ко Вселенной в целом. И тут возникла проблема. Уравнения ОТО показывали: если во Вселенной есть материя, гравитация обязательно заставит её либо схлопнуться, либо начать расширяться. Но Эйнштейн верил в распространённое тогда представление: Вселенная вечна и неизменна — она не расширяется и не сжимается. Чтобы «исправить» уравнения и сохранить статичную картину, Эйнштейн добавил в них некую «антигравитацию» — силу отталкивания, которая ровно уравновешивала бы силу гравитационного притяжения всей материи, обозначив эту величину греческой буквой лямбда (;) и назвал её космологической постоянной. Однако в 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что космос очень динамичен: галактики не стоят на месте, а разбегаются от нас, причём чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется.
Эйнштейну ничего не оставалось как пересмотреть свою позицию. Он признал: раз Вселенная расширяется, нет нужды в той самой «антигравитации», которая удерживала её в статике. Учёный исключил космологическую постоянную из своих уравнений. В поздних беседах и письмах он даже называл введение ; своей «величайшей ошибкой».
Солнцев: «То есть Эйнштейн сам придумал эту лямбду, а потом сказал: “Ой, зря!” и вычеркнул?»
Шер (кивает): «Именно так. Но история сделала крутой поворот. В конце 1990-х две группы учёных независимо друг от друга изучали далёкие вспышки сверхновых и заметили странность: расширение Вселенной не замедлялось, как должно было из за притяжения материи, а наоборот — шло всё быстрее и быстрее. Учёным пришлось снова вернуть лямбду в уравнения. Только теперь её смысл изменился. Раньше она была «тормозом», который должен был мешать Вселенной схлопнуться или разлететься. А теперь она стала способом описать «энергию самого пространства» — то, что заставляет космос так стремительно разбегается. Эту невидимую силу и назвали тёмной энергией. Вот такой удивительный поворот: то, что когда то казалось ошибкой, сегодня помогает понять самую загадочную часть Вселенной.
Таким образом из теории стационарной Вселенной в процессе споров, проверок и уточнений родилась теория расширяющейся Вселенной в результате Большого взрыва и инфляции, которая принята современной общепринятой наукой.

Циклические модели Вселенной.

Шер: Согласно циклических моделей - Вселенная не имеет ни абсолютного начала, ни конца в привычном смысле — она циклична и вечно вращается в своём ритме. Эта идея пришла к нам из древнеиндийского эпоса. Так в текстах Пуран в форме мифов и легенд рассказывают о сотворении мира. Там очень подробно расписана циклическая картина космоса. Там нет «одного единственного начала» раз и навсегда: есть гигантские циклы, где Вселенная рождается, когда Брахма просыпается и живёт. «День Брахмы» длится 4,32 миллиарда земных лет, потом наступает «ночь Брахмы» такой же длины — мир растворяется, гибнет и рождается снова. Но это не научная космология, а религиозно-мифологическая картина мира. В науке похожие идеи воплотились в той или иной мере в разных моделях:
• «Большой отскок» (Big Bounce). Предполагает, что Вселенная не схлопывается в сингулярность, а при достижении определённой плотности «отскакивает», давая старт новому циклу расширения.
• Конформная циклическая космология (Роджер Пенроуз). Здесь идея тоньше: Вселенная не сжимается до точки, а бесконечно расширяется, пока её пространство-время не становится плоским и пустым. В этом состоянии далёкое будущее одного цикла становится Большим взрывом для следующего.
• Модели на основе теории струн. Например, идея сталкивающихся бран (многомерных объектов), столкновение которых порождает Большой взрыв, а последующее взаимодействие снова сводит их вместе, запуская новый цикл.

В картине, где Вселенная живёт не один раз, а переживает бесконечную череду циклов расширение/сжатие есть сложность: по закону физики энтропия (мера беспорядка и хаоса) любой системы повышается со временем. Представь комнату, где всё аккуратно расставлено. Если её не убирать, она постепенно становится всё более захламлённой. Так и Вселенная: с каждым циклом она должна становиться всё более “захламлённой” и хаотичной. А значит, циклы должны становиться короче, горячее и в конце концов просто “застревать” в этом хаосе. То есть вечных циклов по такой логике быть не может. Но современные варианты таких моделей пытаются обойти эту проблему, чтобы циклы могли идти очень долго или даже вечно.
Солнцев: «Ну и как можно обойти главный закон физики о повышении хаоса?»
Шер: «В моделях Большого отскока Вселенная не сжимается до бесконечной плотности, а “пружинит” на очень малых масштабах из-за квантовых эффектов. И вот тут есть идея: при таком отскоке сама структура пространства-времени может как бы “сбрасывать” накопленную энтропию. Представь пружину, которая сжимается, но не ломается, а резко распрямляется. При этом часть энергии уходит в новые формы, и хаос предыдущего цикла не переносится полностью в следующий».
Солнцев: «То есть отскок работает как кнопка “сброс”?»
Шер: «Да. И если сброс достаточно полный, циклы могут идти очень долго или даже вечно».
(Продолжение следует)