Колин Стюарт - Вселенная на ладони [litres]

Астрономов часто просят показать то место, где произошел Большой взрыв, но это просто невозможно. Вероятно, из-за того, что Большой взрыв часто сравнивают с обычным взрывом, люди воображают, что это детонировала именно бомба. Если бомба взрывается в комнате, можно будет использовать осколки для того, чтобы определить, где именно в комнате она детонировала. Разница состоит в том, что в результате Большого взрыва образовалось космическое пространство. Представьте, что взорвавшаяся бомба создала комнату, а затем задайте вопрос, где в комнате она взорвалась.

Возьмите любую точку во Вселенной и представьте себе, где она находилась во время большого взрыва. Она была частью этого взрыва. Вот почему астрономы говорят, что Большой взрыв произошел одновременно и везде.

На сегодня теория Большого взрыва бесспорно лучшая из всех, которая у нас имеется для объяснения того, как и из чего произошла Вселенная. Все указывает на то, что она началась с маленькой горячей точки. И все же эта теория не лишена некоторых затруднений, которые невозможно обойти.

Согласно первоначальной версии теории Большого взрыва, Вселенная начинается как сингулярность – бесконечно малая, бесконечно плотная точка, существование которой предусматривалось общей теорией относительности Эйнштейна. Это было в буквальном смысле этого слова ничто. Но как из ничего может возникнуть что-то?

Пожалуй, данная сингулярность не является реальным свойством Вселенной. Скорее, это яркий, неоновый указатель того, что мы не вполне корректно понимаем физику. Как мы уже видели в главе 4, физики пытаются объединить революционную теорию Эйнштейна с квантовой физикой для создания более завершенной Теории всего.

Мы уже знаем, что в квантовом мире нечто вполне может возникнуть из ничего. Даже в абсолютном вакууме энергия может превратиться в пару частиц, которые затем мгновенно исчезают. Физики называют их виртуальными частицами. Эти же самые частицы участвуют в излучении Хокинга из черных дыр. Теория всего могла бы показать нам, что структура пространства-времени Эйнштейна не является непрерывной, а образована из серий пузырьков. Если это так, то эти пузырьки могли возникнуть и исчезнуть точно так же, как виртуальные частицы.

В таком случае существует вероятность, что наша Вселенная не возникла из ничего, а появилась из крошечного пузырька в пространстве-времени.

Почти из сингулярности, но не совсем. Однако нам необходимо получить объяснение, почему наш пузырек расширялся, вместо того чтобы просто исчезнуть.

В первоначальной версии теории Большого взрыва нет ничего такого, что помогло бы нам объяснить это затруднение.

Этот вопрос напрямую связан с предыдущим вопросом – как что-то может возникнуть из ничего? Первоначальная версия теории Большого взрыва говорит о том, что время было запущено вместе со взрывом сингулярности. Ровно так же, как нет ничего севернее Северного полюса, не было ничего до самой ранней точки отсчета времени.

Такой ответ не удовлетворяет большинство людей, особенно если рассматривать обычные причинно-следственные связи. Предположим, вы роняете книгу. Ее удар о пол (следствие) случится после того, как вы позволили ей это сделать (причина). Нам хорошо знакома идея того, что, если вы видели только то, как книга ударяется о пол, вы имеете право полагать, что несколько ранее кто-то уронил ее.

Если Большой взрыв был следствием, тогда что было причиной? Если следствие создало время, тогда как может существовать априорная причина? В рамках первоначальной модели Большого взрыва рассуждения о времени до Большого взрыва просто лишены смысла.

В рамках первоначальной теории Большого взрыва ранняя Вселенная могла быть достаточно горячей, чтобы создавать магнитные монополи – гипотетические частицы, обладающие только одним магнитным полюсом. Однако физикам ни разу не встречались никакие магнитные монополи ни в одной части Вселенной.

Когда в результате рекомбинации высвобождался свет, который мы сейчас рассматриваем как реликтовое микроволновое излучение, температура вселенной равнялась около 3000 К (2727 градусам по Цельсию). Но сегодня излучение, которое мы улавливаем от РМИ, соответствует температуре, равной всего 2,7 К, так как Вселенная значительно расширилась.

С помощью спутников, таких как WMAP или «Планк», астрономы получили подробные карты реликтового микроволнового излучения и обнаружили незначительные отклонения температур всего на одну миллионную часть.

Некоторые части РМИ очень незначительно горячее или холоднее остальных. Это указывает на то, что некоторые области ранней Вселенной были незначительно горячее или холоднее, когда высвобождалось РМИ.

Такое распределение температур было бы объяснимо, если бы в ранней Вселенной вещество было распределено неравномерно. Несколько более плотные области были бы горячее, а менее плотные – холоднее. Эта картина соответствует и современной структуре Вселенной, где гигантские сверхскопления галактик окружены масштабными космическими пустотами. Менее плотные области были растянуты, как следствие расширения, с образованием пустот, а гравитация более плотных зон притягивала дополнительный материал, образуя скопления. Однако первоначальная модель Большого взрыва не дает объяснения происхождению мельчайших вариаций в распределении вещества в ранней Вселенной.

Незначительные колебания температур в реликтовом микроволновом излучении происходят невероятно гладко. Каким образом фоновая температура остается одной и той же во всем пространстве доступной обзору Вселенной?

Если вы зимой откроете окно, все тепло уйдет наружу и в комнате станет так же холодно, как и на улице. Физик в этом случае скажет, что два места в итоге достигли термального, или температурного, равновесия. Но для того, чтобы оно было достигнуто, требуется время. Как и все во всей Вселенной, максимальная скорость, с которой может происходить обмен чем-либо между двумя пунктами в пространстве, является скорость света. Этот вопрос не представляет какой-нибудь проблемы в вашем доме, но все меняется, когда речь идет о космическом пространстве.

Давайте представим клочок неба, находящийся по одну сторону от вас на расстоянии в 10 миллиардов световых лет, и затем другой клочок неба, находящийся на том же расстоянии, но в противоположной стороне. Таким образом, расстояние между ними составит 20 миллиардов световых лет. Самой Вселенной исполнилось всего 13,8 миллиарда лет, тогда откуда эти два региона космического пространства нашли время, чтобы достичь термального равновесия?