13,8 миллиардов лет назад Вселенная представляла собой сингулярность — пространство, бесконечно сжатое высоким давлением. Однако менее чем за одну долю миллиардной секунды эта крохотная точка расширилась до невероятных размеров. Классическая история нашей Вселенной имеет начало, середину и конец. Так, согласно общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, со временем расширение Вселенной должно замедлиться. Однако реальность рисует совершенно иную картину: Вселенная продолжает расширяться все быстрее и быстрее. Причиной такого несоответствия ученые считают таинственную темную энергию, однако не исключено, что наше понимание Вселенной и ее эволюции необходимо пересмотреть.
Существует множество предположений о том, как зародилась и почему существует наша Вселенная
С чего все началось и могло ли быть иначе?
Вселенная начала расширяться сразу после Большого взрыва. Скорость расширения на раннем этапе ее эволюции — этот процесс называется космологической инфляцией — была значительно больше, чем после окончания инфляции. Так, постепенно Вселенная расширялась и охлаждалась, но лишь с долей начальной скорости. В течение следующих 380 000 лет Вселенная была настолько плотной, что космос представлял собой непрозрачную, сверхгорячую плазму рассеянных частиц. Когда Вселенная охладилась достаточно для того, чтобы образовались первые атомы водорода, она стала прозрачной для прохождения света. Затем излучение вспыхнуло во всех направлениях и Вселенная была на пути к тому, чтобы стать такой, какой мы видим ее сегодня — пустое пространство, которое чередуется со сгустками газа и пыли, звезд, галактик, черных дыр и других форм материи и энергии. В конце концов, согласно некоторым моделям, все сгустки вещества разойдутся так далеко друг от друга, что постепенно исчезнут. Вселенная станет холодным однородным супом из изолированных фотонов. Но что, если Большой Взрыв не был началом всего этого?
Теория Большого взрыва настолько общепринята, что иногда можно забыть о том, что это лишь теория, в которой есть недостатки. Именно по этой причине ученые предлагают самые разные варианты развития событий. Так, выдвигались предположения о том, что Большой взрыв, возможно, был скорее «Большим отскоком» — неким поворотным моментом в продолжающемся цикле сокращения и расширения Вселенной. Еще одно предположение гласит, что Большой взрыв стал точкой отражения, когда зеркальное отображение нашей Вселенной расширяется за «другую сторону», в которой антивещество заменяет материю, а само время течет в обратном направлении. Согласно третьему предположению Большой взрыв — это точка перехода во Вселенной, которая существовала всегда и продолжит расширяться бесконечно. Все эти теории находятся за пределами основной космологии, но все они нашли поддержку среди уважаемых ученых. Растущее количество новых, конкурирующих друг с другом теорий, говорит о том, что, возможно, пришла пора пересмотреть сам факт того, что Большой взрыв знаменует собой начало пространства и времени.
Вселенная, которую мы в настоящее время видим, состоит из скоплений газа и пыли, звезд, черных дыр и галактик
Что, если Большого взрыва на самом деле не было?
В академических кругах не раз высказывалась идея о том, что Большого взрыва… не было. Так, Эрик Лернер, автор одноименной книги, которую он написал еще в 1992 году, представил результаты исследования, согласно которым, как пишет издание Invers, существует несоответствие между теорией Большого взрыва и наблюдаемыми фактическими данными. «Для развития космологии необходимо отказаться от основной гипотезы Большого взрыва», — говорится в заявлении Лернера. «Настоящий кризис в космологии заключается в том, что Большого взрыва никогда не было».
Речь идет о несоответствии доказательств присутствия лития в космосе, о чем астрономам, по словам Лернера, уже давно известно. Сегодня ученые считают, что точное количество гелия, дейтерия и лития было получено в результате реакций синтеза в плотном, очень горячем облаке химических элементов, появившемся после Большого взрыва. Однако Лернер, который провел десятилетия детально наблюдая за такими реакциями говорит, что результаты его и других ученых не совпадают с давними теориями, основанными на наблюдениях более старых звезд. Он обнаружил, что в старых звездах наблюдается менее половины гелия и менее одной десятой лития, чем предсказывает теория нуклеосинтеза Большого взрыва, согласно которой четверть всей массы Вселенной состоит из гелия. Лернер убежден, что ни литий, ни гелий не были созданы до появления первых звезд в нашей галактике.
Могла ли наша Вселенная возникнуть из ничего?
Однако далеко не все ученые согласны с теорией Лернера. По мнению профессора астрономии из университета Южной Калифорнии Ваэ Перумяна, Лернер редко ссылается на рецензируемые статьи, а многие его аргументы не выдерживают критики. Так, Перумиан считает, что микроволновое космическое фоновое излучение (или реликтовое излучение), которое свидетельствует о радиации, исходящей от Большого взрыва, является опорой космологической теории, которую Лернер не может оспорить. Кроме того, если бы в теории Большого взрыва были настолько серьезные недостатки, Лернер не был бы единственным критиком этой теории.
Но Лернер не одинок. Лауреат Нобелевской премии космолог Джеймс Пиблз считает, что необходимо прекратить называть самые ранние моменты нашей Вселенной «Большим взрывом». Как передает агентство Франс Пресс, Пиблз полагает, что нет хорошего способа проверить, действительно ли такое событие как Большой взрыв имело место — у космологов есть доказательства быстрого расширения вовне, но нет ничего более дискретного, чем особая точка, которая взорвалась, чтобы создать все во Вселенной. У Пиблза нет альтернативы теории Большого взрыва, при этом он убежден, что без достаточных данных ученые не должны полагать, что эта удобная гипотеза верна. При этом ученый признает, что в отсутствие лучшего способа описания начала Вселенной Большой взрыв прекрасно работает. В своих расчетах Пиблз также придерживается общепринятой теории, хотя она ему очень не нравится.
Большой отскок: может ли Вселенная расширяться бесконечно?
Наиболее распространенная в научных кругах гипотеза Большого отскока берет начало в недовольстве идеей космологической инфляции. Космическое микроволновое фоновое излучение является фундаментальным фактором в каждой модели Вселенной с тех пор, как было впервые обнаружено в 1965 году. Более того, реликтовое излучение является основным источником информации о том, как выглядела ранняя Вселенная и одновременно загадкой для физиков. Дело в том, что реликтовое излучение выглядит одинаково даже в регионах, которые, казалось бы, никогда не могли взаимодействовать друг с другом за всю историю Вселенной.
Шрамы, оставленные Большим взрывом в слабом реликтовом излучении, которое пронизывает весь космос, дают подсказки о том, как выглядела ранняя Вселенная
Согласно гипотезе Большого отскока, Вселенная будет расширяться до тех пор, пока не распадется до одной бесконечно малой точки — это цикл, который длится вечность. В 2007 году Мартин Боджавальд, физик из Пенсильванского университета, основываясь на модели Эйнштейна, выдвинул теорию Петлевой квантовой гравитации — область квантовой физики, описывающая чрезвычайно высокие энергии, которые доминировали в ранней Вселенной.Так, исследователи пришли к выводу, что Вселенная не возникла из ничего и не будет расширяться бесконечно. Однако исследование Божавальда показывает, что гипотетическая предыдущая Вселенная не была в точности такой, как наша. В общем и целом, гипотеза Большого отскока согласуется с картиной Большого взрыва о горячей, плотной вселенной, зародившейся 13,8 миллиардов лет назад, которая начала расширяться и охлаждаться. Но вместо того, чтобы стать началом пространства и времени, большой взрыв оказался моментом перехода Вселенной от более ранней фазы существования, во время которой пространство сокращалось.
Однако критики считают, что существует мало доказательств в поддержку этой теории. Так, Питер Войт, математик из Колумбийского университета, написал в своем блоге Not Even Wrong: «Для того, чтобы считаться легитимной теорией, такие заявления должны быть подкреплены доказательствами».
Поиск ответов: все пути ведут к темной энергии
Исходя из того, что общепризнанной теорией появления и эволюции Вселенной является теория Большого взрыва, ученые пытаются найти ответ на вопрос о том, почему Вселенная расширяется с ускорением.
Темная материя и темная энергия, вероятно, и есть ключ к пониманию нашей Вселенной
По мере того, как исследователи анализировали движение звезд и галактик, они пришли к выводу о существовании невидимых частиц, которые они назвали темной материей. А постоянное ускорение расширения Вселенной (постоянная Хаббла), позволило предположить, что оно вызвано неким феноменом, который исследователи назвали темной энергией. Темная энергия и темная материя являются главными научными загадками современности, поэтому поисками ответов занимаются исследователи международной группы по изучению темной энергии (DES). DES приступили к работе в 2004 году, сейчас в проекте принимают участие 400 ученых, представляющих 26 различных научных институтов из семи стран. Поиск темной энергии ученые ведут с помощью самой чувствительной астрономической цифровой фотокамерой с разрешением в 570 мегапикселей. Камера установлена на телескопе Viktor Blanco в обсерватории Черро Толедо в чилийских Андах. Это своего рода скальпель, оснащенный пятью линзами.
Ответы на фундаментальные вопросы о том, как появилась Вселенная и что такое темная материя и темная энергия, как полагают исследователи, должны быть представлены широкой общественности примерно через пять лет. Целью DES является анализ 100 000 галактик, которые находятся от нас на расстоянии до 8 миллиардов световых лет. Так как темную энергию нельзя увидеть, исследователи измеряют постоянную Хаббла, чтобы точно определить, существует ли темная энергия и из чего состоит. Так или иначе, нам с вами остается ждать результатов работы международной команды ученых и строить предположения о том, что же из себя представляет наша Вселенная.