Миллионы звезд рождаются в соседней галактике. (Иллюстрация: ESA)
Мы знаем, что живем в расширяющейся Вселенной. Это означает, что вся Вселенная становится больше с каждым днем. Это также означает, что в прошлом наша Вселенная была меньше, чем сегодня. Если отмотать эту запись достаточно далеко назад, то, согласно физике, наша Вселенная когда-то была бесконечно крошечной, бесконечно плотной точкой – сингулярностью.
Большинство физиков считают, что эта точка расширилась в результате Большого взрыва, но поскольку вся известная физика разрушается в экстремальных условиях, которые преобладали в младенчестве нашей Вселенной, трудно с уверенностью сказать, что произошло в те самые ранние моменты существования Вселенной.
Возвращаясь в прошлое
На протяжении большей части истории Вселенной она была усеяна такими же небесными объектами, как и сейчас – просто они находились ближе друг к другу.
Например, когда нашей Вселенной было менее 380 000 лет, ее объем был примерно в миллион раз меньше, чем сегодня, а средняя температура составляла около 10 000 кельвинов. Она была настолько горячей и плотной, что представляла собой плазму – состояние материи, в котором атомы разрываются на протоны, нейтроны и электроны. Однако мы сталкиваемся с плазмой во многих других ситуациях в космосе и на Земле, поэтому у нас есть довольно хорошее представление о том, как она работает.
Но чем дальше в прошлое, тем сложнее становится физика. Когда возраст Вселенной составлял всего десяток минут, она представляла собой насыщенный суп из протонов, нейтронов и электронов, все еще управляемый той же физикой, которую мы используем для понимания работы ядерных бомб и ядерных реакторов.
Однако если заглянуть еще раньше, то все становится очень туманным.
Когда мы пытаемся понять, как существовала Вселенная, когда ей было меньше секунды, у нас нет ни одной теории физики, которая могла бы справиться с безумно высокими температурами и давлением, которые испытывала Вселенная. Все наши физические теории рушатся, и у нас нет понимания того, как частицы, силы и поля действуют в тех условиях.
Рождение сингулярности
Физики могут проследить рост космоса с помощью общей теории относительности Эйнштейна, которая связывает содержание космоса с историей его расширения.
Но теория Эйнштейна содержит фатальный недостаток. Если следовать общей теории относительности до ее окончательного завершения, то в конечное время в прошлом вся наша Вселенная была заключена в одну точку с бесконечной плотностью. Это явление известно как космологическая сингулярность.
Сингулярность часто рассматривается как «начало» Вселенной: но это вовсе не начало.
С математической точки зрения, космологическая сингулярность не говорит нам о том, что Вселенная началась именно там. Вместо этого она говорит нам о том, что сама общая теория относительности разрушилась и потеряла свою предсказательную и объяснительную силу.
Физики давно знают, что общая теория относительности неполна. Она не может объяснить гравитацию при большой силе или в малых масштабах, известную как квантовая гравитация. Другими словами, чтобы полностью понять самые ранние моменты существования Вселенной, нам нужна новая физика.
Вопрос на века
К сожалению, в настоящее время у нас нет такой физики. У нас есть несколько кандидатов на квантовую гравитацию, например, теория струн и петлевая квантовая гравитация, но эти теории не были полностью разработаны, не говоря уже об их проверке.
Но если одна из этих теорий верна, они могут рассказать нам интересные вещи о ранней Вселенной.
В случае петлевой квантовой гравитации, сингулярность заменяется конечным по размеру участком пространства-времени. В теории струн наша Вселенная возникла из «ландшафта» возможных вселенных. Возможно также, что наш Большой взрыв – это всего лишь одна из бесконечной серии вселенных, без конца множащихся в мультивселенной. Только дальнейшие достижения теоретической физики помогут разобраться в мутности этих возможных идей.
Но есть и другая проблема: возможно, мы никогда не узнаем, что вызвало Большой взрыв. В его самые ранние моменты даже наши представления о времени и пространстве разрушаются. В таких экстремальных масштабах обычные, повседневные понятия, такие как «начало» и «раньше», могут даже не иметь смысла.
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
