Что случилось до Большого взрыва? Обычный ответ на этот вопрос обычно звучит так: «До Большого взрыва не существует такого понятия». Это событие, с которого все началось. Но правильный ответ, говорит физик Шон Кэрролл: «Мы просто не знаем». Кэрролл, как и многие другие физики и космологи, начали рассматривать возможность времени до Большого взрыва, а также альтернативные теории о том, как возникла наша вселенная. Кэрролл обсуждал этот тип «спекулятивных исследований» во время выступления на встрече Американского астрономического общества на прошлой неделе в Сент-Луисе, штат Миссури.
«Это интересное время для космолога», - сказал Кэрролл. «Мы оба благословлены и прокляты. Это золотой век, но проблема в том, что наша модель вселенной не имеет смысла ».
Во-первых, существует проблема инвентаризации, при которой 95% вселенной не учтены. Космологи, по-видимому, решили эту проблему, придумав темную материю и темную энергию. Но поскольку мы «создали» материю, чтобы соответствовать данным, это не значит, что мы понимаем природу вселенной.
Еще один большой сюрприз о нашей вселенной связан с фактическими данными космического корабля WMAP (Уилкинсонский микроволновый анизотропный зонд), который изучал космический микроволновый фон (CMB), «эхо» Большого взрыва.
«Снимок WMAP того, как выглядела ранняя вселенная, показывает, что она является горячей, плотной и гладкой [с низкой энтропией] в широкой области пространства», - сказал Кэрролл. «Мы не понимаем, почему это так. Это еще больший сюрприз, чем проблема инвентаря. Наша вселенная просто не выглядит естественной ». Кэрролл сказал, что состояния с низкой энтропией редки, а также из всех возможных начальных условий, которые могли бы развиться во вселенную, подобную нашей, подавляющее большинство имеет гораздо более высокую энтропию, а не более низкую.
По словам Кэрролла, самым удивительным явлением во вселенной является то, что все меняется. И все это происходит в последовательном направлении из прошлого в будущее по всей вселенной.
«Это называется стрелой времени», - сказал Кэрролл. Эта стрела времени происходит из второго закона термодинамики, который вызывает энтропию. Закон гласит, что с течением времени замкнутые системы неизменно переходят от порядка к беспорядку. Этот закон является фундаментальным для физики и астрономии.
Один из больших вопросов о начальных условиях вселенной - почему энтропия началась так низко? «А низкая энтропия вблизи Большого взрыва ответственна за все, что касается стрелы времени», - сказал Кэрролл. «Жизнь и смерть, память, течение времени». События происходят по порядку и не могут быть отменены.
«Каждый раз, когда вы разбиваете яйцо или проливаете стакан воды, вы занимаетесь наблюдательной космологией», - говорит Кэрролл.
Поэтому, чтобы ответить на наши вопросы о вселенной и о стрелке времени, нам, возможно, придется рассмотреть, что произошло до Большого взрыва.
Кэрролл настаивал на том, что это важные вопросы для размышления. «Это не просто рекреационная теология», - сказал он. «Мы хотим, чтобы история вселенной имела смысл. Когда у нас есть вещи, которые кажутся удивительными, мы ищем основной механизм, который делает понятной головоломку. Вселенная с низкой энтропией - ключ к чему-то, и мы должны найти его ».
В настоящее время у нас нет хорошей модели вселенной, и современные теории не отвечают на вопросы. Классическая общая теория относительности предсказывает, что вселенная началась с сингулярности, но до Большого взрыва она ничего не сможет доказать.
Теория инфляции, которая предлагает период чрезвычайно быстрого (экспоненциального) расширения Вселенной в первые несколько мгновений, не помогает, сказал Кэрролл. «Это только усугубляет проблему энтропии. Инфляция требует теории начальных условий ».
Есть и другие модели, но Кэрролл предложил и, похоже, одобрил идею мульти-вселенных, которые продолжают создавать «детские» вселенные. «Наша наблюдаемая вселенная не может быть целой историей», - сказал он. «Если мы являемся частью большого мультиверса, то нет состояния максимальной энтропийного равновесия, и энтропия создается посредством создания вселенных, подобных нашей».
Кэрролл также обсудил новые исследования, проведенные им и группой физиков, и снова посмотрел на результаты WMAP. Кэрролл и его команда говорят, что данные показывают, что вселенная «односторонняя».
Измерения из WMAP показывают, что флуктуации в микроволновом фоне на одной стороне неба сильнее примерно на 10%, чем на другой.
Объяснение этой «вселенной с тяжелыми сторонами» было бы, если бы эти колебания представляли собой структуру, оставшуюся от вселенной, которая произвела нашу вселенную.
Кэрролл сказал, что всему этому поможет лучшее понимание квантовой гравитации. «Квантовые колебания могут породить новые вселенные. Если тепловые колебания в тихом месте могут привести к детским вселенным, у них будет собственная энтропия и они могут продолжать создавать вселенные ».
Конечно, - подчеркнул Кэрролл, - любое исследование по этим темам обычно считается спекуляцией в настоящее время. «Ничто из этого не является твердо установленным материалом», - сказал он. «Я бы даже поспорил, что это неправильно. Но, надеюсь, я смогу вернуться через 10 лет и сказать вам, что мы все выяснили ».
По общему признанию, как автор, попытка заключить речь и идеи Кэрролла в короткую статью, безусловно, не делает их справедливыми. Ознакомьтесь с мнением Кэрролла об этих понятиях и многое другое в его блоге, Cosmic Variance. Кроме того, прочитайте большое резюме выступления Кэрролла, написанное Крисом Линтоттом для BBC. Я размышлял над речью Кэрролла уже больше недели, и обдумывал начало времени - и даже то, что может быть время раньше времени - сделал интересную и увлекательную неделю. Принесло ли это время меня вперед или назад в моем понимании, еще неизвестно!
