Що було до Великого вибуху: вчені дали відповідь

Всесвіт народився 13,79 мільярдів років тому в результаті Великого вибуху, який утворився з крихітного кульки матерії, званої сингулярністю. Саме після нього сформувалися атоми, молекули, міжзоряний газ, а потім зірки, галактики і ми з вами. Саме такої офіційної версії дотримується наука протягом останніх десятиліть.

Незважаючи на глибокі дослідження космосу, вчені вкрай мало розповідають нам про те, що було до Великого вибуху. Проблема в тому, що за допомогою наукових приладів можна "побачити" ранній Всесвіт виключно у вигляді реліктового випромінювання, на основі якого можна зробити певні теоретичне моделі про його формування.

У цій моделі описується, що давним-давно Всесвіт був набагато меншим, набагато гарячішим і набагато щільнішим, ніж сьогодні. Принаймні в перші кілька сотень тисяч років після Великого вибуху. Однак всі відомі нам елементарні частинки були утворені в перші хвилини після народження.

Дивіться також в сюжеті про те, що готує нам космос і треба до цього підготуватися:

До вибуху наш Всесвіт бува розміром з яблуко. Ця невелика кулька володіла неймовірною потенційною енергією і мала температуру більш квадрильйона градусів (1000000000000000 – приблизно ось таке число).

Проблема сингулярності

Астрономи проробляли все, починаючи від спостережень за залишками електромагнітного випромінювання з молодого Всесвіту і закінчуючи виміром безлічі найлегших елементів, і виявили, що спостереження узгоджуються з прогнозом теорії Великого вибуху. І здавалося б, "відповідь на головне питання життя, Всесвіту і всього такого" знайдено. На жаль, в цій теорії відсутній великий і важливий шматок головоломки – найдавніші моменти життя Всесвіту.

Проблема в тому, що з математичної точки зору опис раннього Всесвіту дуже крихкий і ламається на безлічі змінних – його потрібно допрацьовувати. Йому заважає теорія про сингулярність – точку нескінченної щільності в момент Великого вибуху. Якщо прийняти це за чисту монету, то виходить, що в якийсь момент Всесвіт був втиснутий в нескінченно крихітну і нескінченно щільну точку. Це очевидно абсурдно, і насправді це говорить нам про те, що нам потрібна нова фізика для вирішення цієї проблеми – нинішній інструментарій просто недостатньо хороший.

І тут на допомогу науці прийшла теорія струн: модель фізики, яка працює з мікроскопічними квантовими струнами, які набагато порядків менші від відомих нам часток. Гіпотетично вона здатна пояснити найраніші моменти існування Всесвіту. Одним з найбільш ранніх понять теорії струн є "екпіротичний" Всесвіт, яка походить від грецького слова, що означає "пожежа" або "вогонь". У цьому сценарії те, що ми знаємо як Великий вибух, було викликано чимось іншим, що відбувалися до нього – іншими словами, Великий вибух не був початком, а частиною більшого процесу.

Розширення екпіротичної концепції призвело до появи теорії, знову ж мотивованої теорією струн, званої циклічною космологією. Звичайно, технічно ідея про те, що Всесвіт постійно повторюється, існує вже тисячі років і передує фізиці, але теорія струн дала цій ідеї тверде математичне обґрунтування. Циклічний Всесвіт постійно переживає стани великих вибухів і великих "схлопувань", переходячи від одного до іншого теоретично протягом вічності.

До початку часу

Головною перешкодою є узгодження циклічної моделі з нашими спостереженнями космічного мікрохвильового фону – викопного світла, що залишилося з тих часів, коли Всесвіту було всього 380 тисяч років. Проблема в тому, що до цього моменту у Всесвіті був лише гарячий однорідний суп з частинок, заглянути в який ми не можемо – а значить, наша інформація про більш ранні часи залишається суто теоретичною. Тому здається, що циклічний Всесвіт є лише черговою гарною теорією, яку ми ніяк не можемо підтвердити.

Але екпіротичний факел продовжував горіти протягом багатьох років, і стаття, опублікована взимку 2020 року в базі даних ресурсу arXiv, поправила деякі шорсткості в математиці і використовувала деякі раніше втрачені можливості. Фізики Роберт Бранденбергер і Зівей Ван з Університету Макгілла в Канаді, замість того щоб дивитися на ранній Всесвіт, вирішили зайти з іншого боку і математично прорахувати момент "відскоку", коли наш Всесвіт стискається до неймовірно маленької точки і повертається в стан Великого вибуху.

І тут вони не зустріли ніяких протиріч – іншими словами, циклічний Всесвіт дійсно може існувати, і складна погано зрозуміла фізика цієї критичної епохи може дозволити радикально переглянути погляд на наш час і місце в космосі.

З усього вищесказаного вчені зробили висновок, що до Великого вибуху існував такий же Всесвіт, як наш, але він "помер" – весь простір-час, в якому не залишилося нічого в результаті максимальної ентропії, що наростала протягом 100 центіліонів років, почав стискатися в сингулярність. Після стиснення сингулярність розігрілася до критичної температури і народився наша Всесвіт. Але він закінчить своє життя так само, як і попередній – в результаті Великого стиснення. Теорія говорить, що так відбувалося і відбуватиметься нескінченне число разів.

Нагадаємо, що раніше космічний апарат "Вояджер-2" вивчив міжзоряний простір: побачене приголомшує. Також недавні дослідження дивнох чорної діри підтвердили ідеї Альберта Ейнштейна.