Свят без начало и - край - Тринити вариант - Наука
Според теорията за Големия взрив нашата Вселена има много специфична възраст, която сега се оценява на 13,7 милиарда години. Доста малко за толкова значим обект като Вселената, нали? Една от алтернативните теории е описана от научен журналист, възпитаник на Физическия факултет на Московския държавен университет, научен колумнист за списание Popular Mechanics, Ph.D. философия УченАлексей Левин (Вашингтон), който в скорошно гласуване на уебсайта www.astrotop.ru беше признат за най-добър журналист, пишещ на астрокосмически теми.
Голям взрив и инфлация
Моделът на Големия взрив датира от проучвания, проведени през 20-те години на миналия век от математика от Санкт ПетербургАлександър Фридман и белгийския астрофизикЖорж Лематър. Теорията придобива своя окончателен вид около 1948 г. в трудовете наГеорги Гамов и двама от неговите помощници (Гамов емигрира от СССР в САЩ през 1934 г., където получава катедра в университета Джордж Вашингтон в столицата). След откриването през 1964 г. от американските радиоастрономиАрно Пензиас (Arno Penzias) иРобърт Уилсън (Robert Wilson) на микровълновото лъчение, което беше предсказано от теорията за Големия взрив, то получи нов живот и бързо придоби статута на стандартен модел за раждането на Вселената.
Както първоначалната теория за Големия взрив, така и нейните по-късни версии твърдяха, че Вселената непрекъснато се е разширявала след възникването си, но скоростта на това разширение постоянно намалява поради спирачния ефект на универсалната гравитация. Въпреки това, в началото на 80-те годиниАлексей Старобински от Института по теоретична физика. Ландау и служител от теоретичния отдел на Станфордския линеен ускорителAlan Gut (Alan Guth) независимо откриват, чече отпадането на това предположение би било от полза за модела.
Преди това трябваше да се предположи, че Вселената, по някакво странно съвпадение, вече в момента на раждането е била почти идеално плоска и почти равномерно изпълнена с частици и радиация. Старобински и Гут излагат хипотеза, че малко след раждането си, в рамките на 10 -34 секунди, Вселената се разширява с бързо нарастваща скорост и удвоява размера си поне сто пъти. От това следва, че първоначално тя може да бъде силно извита и нехомогенна по състав, тъй като в резултат на разтягане тя все още трябваше да стане плоска и еднаква навсякъде, с изключение на най-малките колебания, които станаха ембриони на първите звезди и галактики.
Свръхбързото раздуване на пространството с леката ръка на американския теоретичен физикСидни Коулман (Sidney Coleman) започна да се нарича космологична инфлация. Първоначално този модел страдаше от редица недостатъци, които скоро изчезнаха благодарение на работата на изследовател от FIAN, а сега професор в Станфордския университетАндрей Линде и физиците от Университета на ПенсилванияПол Щайнхард (Paul Steinhardt) иАндреас Албрехт (Andreas Albrecht).
Инфлационните модели като цяло са съгласни, че инфлацията е била движена от скаларно квантово поле, обикновено наричано инфлатон. Това поле действа противоположно на гравитацията и следователно причинява разширяването на пространството. Тъй като енергийната му плътност първоначално спадна много леко, тя разтегна пространството с неумолима сила, което беше причината за инфлацията. С течение на времето обаче полето започна да губи енергия, която в крайна сметка достигна стабилен минимум и беше фиксирана в това положение. В този момент инфлацията спря. Преди товаполето бързо осцилира, генерирайки електромагнитно излъчване и елементарни частици. В резултат на това до края на инфлационната фаза Вселената беше изпълнена с гама кванти и цял куп частици - кварки, електрони, неутрино и все още неоткрити, но най-вероятно съществуващи частици от тъмна материя. След това гравитацията взе връх и Вселената продължи да се разширява, но с намаляваща скорост.
Скоро след създаването на инфлационния модел няколко теоретици осъзнаха, че неговата вътрешна логика не противоречи на идеята за постоянно многократно раждане на все повече и повече нови вселени. Наистина, квантовите флуктуации, като тези, на които дължим съществуването на нашия свят, могат да възникнат във всяко количество, ако има подходящи условия за това. Възможно е нашата Вселена да е напуснала зоната на флуктуация, образувана в предшестващия свят. Може дори да се предположи, че някога и някъде в нашата собствена вселена ще се образува флуктуация, която ще „издуха“ младата вселена. Има модели, при които детските вселени възникват непрекъснато, поникват от своите родители и живеят свой собствен живот (изобщо не е необходимо едни и същи физически закони да са установени навсякъде). Всички тези светове са "вградени" в единен пространствено-времеви континуум, но са толкова разделени в него, че по никакъв начин не усещат взаимното си присъствие. Като цяло концепцията за инфлация не само позволява, но направо принуждава да се стигне до извода, че в гигантския "мегакосмос" има много вселени, изолирани една от друга с различни подредби.
А ако няма инфлация?
Теоретичните физици обичатпреразгледайте дори най-утвърдените концепции. Ето защо не трябва да е изненадващо, че в инфлационната интерпретация на Големия взрив се появиха конкуренти. Един от тези модели излезе със същияПол Щайнхард (Paul Steinhardt), който някога помогна за полагането на основите на инфлационната космология. Сега той ръководи Центъра за теоретична физика в Принстън (www.physics.princeton.edu/
Всички наистина елементарни частици, които съществуват във Вселената (електрони, кварки, неутрино, фотони) всъщност са отворени вибриращи безкрайно тънки и изключително къси струни. Краищата на всяка такава струна са плътно фиксирани вътре в нашата триизмерна брана, така че струната не може да я напусне. От това следва, че всички частици са завинаги заключени в нашето родно пространство. Но има и зациклени струни - това са гравитони, носители на гравитационното поле. Много е важно струнните пръстени да не са свързани с определени брани и следователно да могат свободно да мигрират между тях. Тази гравитация се различава фундаментално от електромагнитното взаимодействие, което се осъществява от фотони, обречени на интрабранен плен.
Моделът на Steinhardt и Turok твърди, че Големият взрив изобщо не е началото на Вселената. Нека да видим как работи, като започнем от нашата космологична епоха. Тъй като вселената сега се разширява с нарастваща скорост, плътността на материята и радиацията постоянно намаляват. Както следва от общата теория на относителността, гравитационната кривина на пространството отслабва и неговата геометрия става все по-идеално плоска. През следващите трилиони години размерът на Вселената ще се удвои около сто пъти и ще се превърне в почти празен свят, лишен от материални структури. Един и същинфлационната космология, която взема предвид съществуването на тъмна енергия, също твърди същото. Оказва се, че за този период прогнозите на двете теории за Вселената напълно съвпадат.
И тогава започват различията. Инфлационната космология просто предписва на нашата Вселена вечно разширяване, което няма да бъде предотвратено дори от възможното раждане на детски вселени. Щайнхард и Турок виждат бъдещето й по различен начин. Според тяхната хипотеза друга триизмерна брана плува до нас, разделена от празнина с почти нулева степен. Претърпява същата еволюция, като нас се разширява, сплесква и изпразва. През цялото това време разстоянието между браните остава практически непроменено. Но ще минат трилион години и браните ще започнат да се сближават. Те са свързани помежду си чрез силово поле, чието действие зависи от дължината на междината. Сега той предотвратява приближаването на браните и в същото време разтяга пространството и на двете с ускорение (така че всъщност това действа като тъмна енергия). В бъдеще обаче ще смени знака и ще започне да натиска браните една към друга.
В крайна сметка двете брани ще се сблъскат, ще забавят и ще започнат отново да се раздалечават. В този случай ще се освободи огромно количество енергия, която ще нагрее нашия изоставен свят до свръхвисоки температури и отново ще го обогати с частици и радиация. Този катаклизъм ще стартира нов цикъл на разширяване и охлаждане на Вселената. Моделът на Steinhardt и Turok твърди, че такива цикли са се случвали в миналото и трябва да се повтарят в бъдеще. Дали изобщо са имали начало, теорията мълчи.
Според този сценарий историята на Вселената се състои от огромен (може би дори безкраен) много отделни цикли. Всеки цикъл започва с етап на интензивнораждането на свръхгореща материя и радиация. Този етап, ако желаете, може да се нарече Големият взрив. Но нито една от тези фази не бележи появата на нова вселена, а само прехода от един цикъл към друг. Както пространството, така и времето съществуват преди и след всеки от тези катаклизми. Следователно новият модел не се нуждае от хипотезата за космологична инфлация, която някога беше измислена, за да елиминира проблемите, произтичащи от теорията за раждането на Вселената по време на Големия взрив.
Новият модел засега има малко привърженици и това е естествено. Първо, тя изглежда много екзотична; второ, инфлационната космология обяснява всички наблюдаеми характеристики на Вселената толкова добре, че изглежда няма смисъл да се променя с нещо друго. Въпреки това, Щайнхард смята, че първоначалните условия за стартиране на инфлацията, както са изложени в теорията на Гут и неговите последователи, са статистически неизмеримо по-малко правдоподобни от картината на възникването на Вселената, която е начертана от новата теория. С други думи, вероятността за изпълнение на тези условия е неизмеримо по-малка от вероятността за раждане на първоначално плоска Вселена. Ако приемем тази гледна точка, тогава търсенето на алтернативни модели изглежда съвсем разумно.
Неутрално мнение
Активните разработчици на инфлационната космология, разбира се, не приемат хипотезата на Щайнхард и Турок. В търсене на по-неутрална оценка се обърнах към един от водещите американски астрофизици, професор Ави Льоб от Харвардския университетАви Льоб. Той отбеляза, че науката винаги приветства появата на алтернативи дори на най-доказаните теории.