Рубрика: Большой взрыв

Вселенная родилась в результате Большого взрыва. Но что было до него? Изображение: techquila.co.in

Ведущая космологическая модель гласит, что Вселенная родилась около 13,7 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва. Вот только каким он был на самом деле? Невероятно огромным или крошечным? Оглушительно громким или окутанным тишиной? И главное – где именно он произошел, если вокруг вообще ничего не было? Вопросов настолько много, что некоторые исследователи полагают, что взрыв мог повторяться несколько раз, а значит неверно даже название. Получается довольно странная картина – о Большом взрыве знают все, но никто не может с уверенностью сказать, на что было он был похож. В конечном итоге, чтобы говорить о начале времен нужно подобрать не только правильные слова, но и правильную физику. Так, открытия последних лет позволили нам сформировать более-менее ясное представление о Вселенной, однако пытаясь заглянуть все дальше в прошлое, мы все чаще переходим к физике элементарных частиц. Это означает, что чтобы узнать больше о космическом детстве и о таинственном Большом взрыве, физики должны использовать концепции физики высоких энергий, выходящие за рамки экспериментальных результатов.

Что было в начале?

Стремление понять происхождение Вселенной перешло от мифов и легенд к количественным выводам современной космологии, основанной на общей теории относительности и ее значения для понимания структуры космоса. Такие ключевые открытия, как расширение Вселенной (о чем мы узнали благодаря наблюдениям американского астронома Эдвина Хаббла) и успешное построение теории Большого взрыва, легли в основу нашего понимания космоса. Но несмотря на значительный прогресс, самые ранние моменты и фундаментальная причина возникновения Вселенной по-прежнему окутаны тайной.

При этом вопрос «что было до Большого взрыва» возникает всегда, стоит кому-то задуматься о происхождении Вселенной. Ведь если никакого «до» не было, то что же послужило причиной? Поразительно, но всего несколько столетий назад ответ был прост: некое вечное божество привело все в движение. Даже сэр Исаак Ньютон верил, что Бог создал Вселенную около 6000 лет назад.

Большой взрыв стал началом всего. Но было ли что-то до него?
Изображение: squarespace-cdn.com

Читайте также: Ученые полагают, что Больших взрыва было два

Все изменилось с открытием космического расширения, когда бельгийский космолог (а также священник-иезуит) Жорж Леметр понял, что у Вселенной должно было быть начало. Правда, эта идея мало кому понравилась, а в начале 1960-х годов теория стационарного состояния Фреда Хойла была довольно популярна как среди ученых-иконоборцев, так и среди непрофессионалов.

Теория стационарной Вселенной

Хойл и его коллеги признавали расширение Вселенной, но не верили в Большой взрыв, полагая что медленное, непрерывное образование новой материи может поддерживать среднюю плотность и общие свойства Вселенной постоянными с течением времени.

Согласно стационарной модели, материя непрерывно образуется по мере расширения Вселенной, однако со временем теория Хойла была вытеснена идеей Большого взрыва, которая гласит, что плотность материи во Вселенной падает по мере удаления галактик друг от друга. Окончательный отказ научного сообщества от идеи Хойла состоялся в 1964 году после открытия космического микроволнового фонового излучения (реликтового излучения).

Стационарной модель Вселенной разработана в 1948 году Фредом Хойлом, Томасом Голдом, Германном Бонди и другими в качестве альтернативы теории Большого взрыва. Согласно этой модели, по мере расширения Вселенной между разлетающимися галактиками постоянно создается новая материя. Изображение: cdn.britannica.com

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

С тех пор количество подтверждающих доказательств происхождения нашей Вселенной от Большого взрыва достигло такой степени, что сомнений практически не осталось. Правда, вопрос о том, что было до него по-прежнему не имеет ответа, а многие ученые предпочитают не замечать этот вопрос, поскольку он ответ на него, кажется, мы так никогда и не узнаем.

Начало времен

Отметим, что когда астрономы говорят о Большом взрыве, они обычно имеют в виду не самое начало Вселенной (нулевой момент времени), а невероятно горячее и компактное состояние Вселенной в первые пару минут ее существования. В какой-то степени это объясняется тем, что никто не имеет ни малейшего представления об истинной природе времени, не говоря уже о его начале.

Британский физик Джулиан Барбур, например, утверждал, что времени вообще не существует, кроме как в виде иллюзии в нашем сознании. Согласно другим (в том числе Стивену Хокингу), время возникло вместе со Вселенной, что делает бессмысленным само понятие «до». Спрашивать, что было до Большого взрыва, все равно что спрашивать, что находится к северу от Северного полюса или какое расстояние меньше нуля.

Вероятно мы так и не узнаем что было до Большого взрыва. Изображение: static.scientificamerican.com

С другой стороны, мы просто не знаем, существовало ли время до Большого взрыва или нет. Согласно некогда популярной идее о циклической Вселенной, текущее расширение пространства может однажды превратиться в сжатие – Большой хлопок, способный перерасти в новый Большой взрыв и положить начало следующему циклу вечной последовательности.

Это интересно: Ученые создают самую подробную карту вещества во Вселенной. Почему это важно?

Безусловно, это всего лишь одна из многих гипотез, согласно которым наша Вселенная не уникальна, а, так или иначе, является частью, возможно, бесконечной мультивселенной. Но если мультивселенная также бесконечна во времени, то мы возвращаемся к идее о том, что все существовало вечно, а значит вопрос о том, что было до Большого взрыва попросту теряет смысл.

Возможно, вопрос о том, что было до Большого взрыва не имеет смысла. Изображение: d.newsweek.com

Наконец, южноафриканский физик Нил Турок считает, что Большой взрыв породил не только нашу Вселенную, но и Антивселенную, состоящую из антивещества и движущуюся назад во времени. Опять же, интригующая идея, но и нет никаких шансов на подтверждение (или опровержение!) с помощью наблюдений.

Вам будет интересно: «Все везде и сразу» с точки зрения науки: какой может быть мультивселенная?

В конечном итоге, мы, кажется, должны признать, что ничего не знаем об истинном начале Вселенной. И даже если склоняемся к идее вечной мультивселенной, у которой вообще нет реального начала, мы не знаем, почему существует нечто (или, более того, почему существует все), а не ничто.

Темная теория Большого взрыва: ученые подозревают, что Вселенную породило два Больших взрыва, а не один

Рождение и эволюция Вселенной – извечные загадки космологии. Согласно общепринятой теории, своим существованием мы обязаны Большому взрыву, который произошел примерно 13,7 млрд лет назад. С тех пор Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью, а причины, по которым это происходит, неизвестны. Массу вопросов у ученых также вызывает таинственная темная материя, которая «удерживает» космические объекты вместе, как будто склеивая их и не поддается непосредственному наблюдению. Так как темная материя является, по сути, основой, на которой «держатся» звезды и галактики, ученые считают что она может предоставить детальное понимание того, как возникла Вселенная. По этой причине недавно исследователи выдвинули новую, крайне спорную гипотезу, согласно которой в начале времен существовал не один, а два Больших взрыва.

Согласно новой гипотезе, меняющей общепринятое представление о происхождении Вселенной, существует так называемый "Темный Большой взрыв".

В начале времен

Теория Большого взрыва является ведущим объяснением возникновения Вселенной. И хотя современные технологии не позволяют астрономам в полной мере заглянуть в прошлое, многое из того, что нам известном об этом знаменательном событии, почерпнуто из математических формул и моделей.

Считается, что до Большого взрыва все во Вселенной было
сконденсировано в бесконечно малой, горячей и плотной точке (сингулярности), которая внезапно начала раздуваться и растягиваться — сначала с невообразимыми скоростями, а затем с более измеримыми (в течение последних 13,7 миллиардов лет).

Теория большого взрыва гласит, что изначальное излучение высокой энергии, разлетаясь в разные стороны, объединялось в такие структуры как звезды, галактики и скопления галактик.

Период внезапного и взрывного расширения называется космической инфляцией, который длился всего доли секунды. Когда же он внезапно завершился, во Вселенной начали появляться частицы, атомы и вещество, из которого впоследствии сформировались звезды и галактики.

Момент, когда Вселенная перешла от инфляциb к заполнению горячей и плотной плазмой, является началом того, что ученые называют Большим взрывом.

Кстати, кое-что астрономы все-таки могут увидеть – так называемое «эхо» Большого взрыва или реликтовое излучение – тепловое излучение, возникшее вскоре после Большого взрыва и равномерно заполняющее Вселенную. Это распространяющееся во всех направлениях излучение пережило большую часть истории Вселенной и сохранило отпечатки всех изменений, происходивших на протяжении 13,7 миллиардов лет.

Наиболее обоснованная теория происхождения нашей Вселенной гласит, что она родилась в процессе Большого взрыва.

Подробнее о том, что именно представляет собой космическое микроволновое фоновое излучение и почему к нему приковано так много внимания можно прочитать здесь.

Сегодня большинство членов астрономического сообщества согласны с теорией Большого взрыва, однако некоторые теоретики рассматривают альтернативные варианты. Так, согласно новой гипотезе около 14 млрд лет назад произошел не один Большой взрыв, а два.

Инфляция и темная материя

Чтобы понять, почему ученые предположили существование двух Больших взрывов, вспомним инфляцию, во время которой Вселенная расширялась быстрее скорости света из-за так называемой «ваакумной энергиии”, которая впоследствии изменила форму и создала всю известную нам материю. Ну а любой разговор о материи во Вселенной, как известно, будет неполным без упоминания темной материи, призванной объяснить ряд астрономических аномалий.

Так как галактики состоят из обычной материи, ученые применяют законы физики, чтобы предсказать «правила» их движения. Вот только изучая космос астрономы сталкиваются с рядом сюрпризов, например, со слишком быстрым вращением галактик или определенным скоплением галактик, которого не должно существовать (поскольку отдельные галактики движутся так быстро, что должны избегать гравитационного притяжения своих соседей).

Считается что темная материя не вступает в электромагнитное взаимодействие и по этой причине ненаблюдаема.

Хотя существует несколько возможных объяснений этим и другим астрономическим явлениям, большинство исследователей считают причиной таинственную темную материю (или, если хотите, другую форму материи). Если они правы, то темной материи во Вселенной намного больше обычной (как минимум в пять раз) и эта дополнительная масса создает дополнительное гравитационное притяжение, а значит галактики могут вращаться и двигаться быстрее, чем ожидалось.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Напомним, что единственная причина, по которой исследователи пришли к выводу о существовании темной материи заключается в ее гравитационном воздействии на наблюдаемые космические объекты. И да – не существует никаких доказательств того, что темная материя взаимодействует с наблюдаемыми объектами каким-либо другим образом.

Два Больших взрыва

В работе, еще не прошедшей экспертной оценки и опубликованной на сервере препринтов ArXiV, рассматривается возможность существования сразу двух Больших взрывов. Все потому, что и обычная и темная материя взаимодействуют с помощью гравитации, а значит могли появиться во Вселенной не одновременно. В исследовании предполагается, что, хотя энергия инфляции в конечном итоге перешла в обычную материю, темная материя могла иметь другое происхождение.

Помимо энергии вакуума, ответственной за период инфляции, могла существовать вторая форма энергии – энергия темного вакуума, которая стала источником темной материи, – предполагают авторы нового исследования.

Если темная материя и обычная материя взаимодействуют только посредством гравитации, десятки экспериментов с темной материей, проводимых сегодня, потерпят неудачу (так как зависят от темной и обычной материи).

Если новая гипотеза верна и энергия обычного вакуума и темного вакуума различны, то нет никакой необходимости в том, чтобы они одновременно превращались в частицы: вместо того чтобы быть созданной через долю секунды после рождения Вселенной, темная энергия вакуума могла создать частицы темной материи… через месяц. То есть довольно короткое время по сравнению со временем существования Вселенной, но долгое по сравнению с временными рамками, используемыми в физике элементарных частиц.

Больше по теме: Квантовый мир: как связаны стерильные нейтрино и темная материя?

В статье утверждается, что «Темный Большой взрыв» мог породить различные типы темной материи, включая частицы, масса которых в 10 триллионов раз превышает массу одного протона. Исследователи предполагают, что Темный Большой взрыв мог привести к образованию более легких частиц, участвующих в процессе поглощения во время столкновений.

Авторы новой работы ожидают, что изучение гравитационных волн может дать ценную информацию о темной теории Большого взрыва. Новая работа также согласуется с более широким сдвигом во взглядах астрономического сообщества, переходящим от единичного события, создающего Вселенную, к рассмотрению множественных фазовых переходов, которые постепенно привели к появлению различных форм материи, включая темную материю.

Темная материя – один из самых интригующих аспектов нашей Вселенной, который не взаимодействует с электромагнитными полями и составляет примерно 27% известной Вселенной и, тем не менее, является одним из самых загадочных природных явлений.

Не пропустите: Что произошло в первые микросекунды после Большого взрыва?

Но можно ли проверить новую гипотезу? Недавние наблюдения ранней Вселенной, произошедшие всего через миллионы лет после Большого взрыва, предоставляют уникальную возможность для изучения этого теоретического “темного” Большого взрыва. Космологи надеются, что тщательное изучение этих ранних моментов может пролить свет на тайны, окружающие темную материю, загадку, которая интриговала астрономов почти полвека.