Большим взрывом обычно считают начало всего этого: около 13,8 миллиардов лет назад наблюдаемая вселенная пошла бум и расширился в бытие.
Но какими были вещи до Большого взрыва?
Краткий ответ: мы не знаем. Длинный ответ: это могло быть много вещей, каждый из которых был по-своему по-своему.
В начале
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 и автор книги «Большая картина: об истоках жизни, смысла и самой Вселенной» (Даттон, 2016).
Таким образом, вполне возможно, что вселенная в Большом взрыве была крошечной или бесконечно большой, сказал Кэрролл, потому что нет способа оглянуться назад во времени на вещи, которые мы даже сегодня не видим. Все, что мы действительно знаем, это то, что он был очень, очень плотным и очень быстро стал менее плотным.
Как следствие, за пределами вселенной действительно нет ничего, потому что вселенная, по определению, все. Итак, во время Большого взрыва все было плотнее и жарче, чем сейчас, но «снаружи» его не было больше, чем сегодня. Кэрролл сказал, что как бы заманчиво ни было принять божественный взгляд и представить, что вы могли бы стоять в пустоте и смотреть на изрезанную детскую вселенную прямо перед Большим взрывом, это было бы невозможно, сказал Кэрролл. Вселенная не расширилась в космос; Само пространство расширяется.
«Независимо от того, где вы находитесь во вселенной, если вы прослеживаете себя на 14 миллиардов лет назад, вы приходите к тому моменту, когда он был чрезвычайно жарким, плотным и быстро расширяющимся», - сказал он.
Никто точно не знает, что происходило во Вселенной, до 1 секунды после Большого взрыва, когда Вселенная достаточно остыла, чтобы протоны и нейтроны могли столкнуться и слипаться. Многие ученые считают, что в течение этой первой секунды Вселенная прошла процесс экспоненциального расширения, называемого инфляцией. Это сгладило бы ткань пространства-времени и могло бы объяснить, почему материя сегодня так равномерно распределена во Вселенной.
До взрыва
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 Большой взрыв. Эта сверхплотная вселенная, возможно, управлялась квантовой механикой, физикой чрезвычайно малого масштаба, сказал Кэрролл. Таким образом, Большой Взрыв представлял бы момент, когда классическая физика стала основным двигателем 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 они не имеют границ, ни начальных, ни конечных точек, так же, как планета Земля конечна, но не имеет границ.
«Поскольку события до Большого взрыва не имеют наблюдательных последствий, можно также исключить их из теории и сказать, что время началось с Большого взрыва», - сказал он в интервью National Geographic Show «StarTalk» в 2018 году.
Или, возможно, до Большого взрыва было что-то еще, о чем стоит задуматься. Одна идея заключается в том, что Большой взрыв - это не начало времени, а скорее момент симметрии. В этой идее, до Большого взрыва, была другая вселенная, идентичная этой, но с энтропией, растущей к прошлому, а не к будущему.
По словам Кэрролла, увеличение энтропии или беспорядок в системе - это, по сути, стрелка времени, поэтому в этой зеркальной вселенной время будет идти вразрез со временем в современной вселенной, а наша вселенная будет в прошлом. Сторонники этой теории также предполагают, что другие свойства вселенной были бы перевернуты в этой зеркальной вселенной. Например, физик Дэвид Слоун написал в блоге Оксфордского университета о том, что асимметрии в молекулах и ионах (так называемые хиральности) будут противоположны тем, что есть в нашей вселенной.
Соответствующая теория гласит, что Большой взрыв был не началом всего, а скорее моментом времени, когда Вселенная перешла от периода сокращения к периоду расширения. Это понятие «Большой отскок» предполагает, что могут быть бесконечные Большие Взрывы, поскольку вселенная расширяется, сжимается и расширяется снова. Проблема с этими идеями, по словам Кэрролла, заключается в том, что нет никакого объяснения того, почему или как расширяющаяся вселенная будет сокращаться и возвращаться в состояние с низкой энтропией.
Кэрролл и его коллега Дженнифер Чен имеют собственное видение до Большого взрыва. В 2004 году физики предположили, что, возможно, 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 детские вселенные, возможно, бесконечно. «Это просто квантовое колебание, которое позволяет этому случиться», - сказал Кэрролл. Эти детские вселенные являются «буквально параллельными вселенными», сказал Кэрролл, и не взаимодействуют и не влияют друг на друга.
Если все это звучит довольно странно, то это потому, что у ученых пока нет возможности взглянуть назад даже на момент Большого взрыва, тем более того, что было до него. Однако есть место для изучения, сказал Кэрролл. Обнаружение гравитационных волн от мощных галактических столкновений в 2015 году открывает возможность того, что эти волны могут быть использованы для раскрытия фундаментальных загадок о расширении вселенных в эту первую критическую секунду.
Кэрролл сказал, что физикам-теоретикам тоже есть над чем работать, например, делать более точные прогнозы о том, как могут работать квантовые силы, такие как квантовая гравитация.
«Мы даже не знаем, что ищем, - сказал Кэрролл, - пока у нас нет теории».
