Нашата Вселена е възникнала преди 13,7 милиарда години, породена от Големия взрив и от няколко поколения учените се опитват да разберат това явление.
В края на 20-те години на XX век Едвин Хъбъл открива, че всички галактики, които виждаме, разпръснати като фрагменти от граната след експлозия, в същото време белгийският астроном и теолог Жорж Лемайтр излага своята хипотеза (през 1931 г. е публикувана на страниците на „Природа“). Той смята, че историята на Вселената е започнала с експлозията на "първичния атом" и това е породило време, пространство и материя (по-рано, в началото на 20-те години, съветският учен Александър Фридман, анализирайки уравненията на Айнщайн, също стига до извода, че „Вселената е създадена от точка“и отне „десетки милиарди от обичайните ни години“).
Отначало астрономите категорично отхвърлиха разсъжденията на белгийския богослов. Защото теорията за Големия взрив беше съчетана идеално с християнската вяра в Бог Създател. В продължение на два века учените потискат навлизането в науката на всякакъв вид религиозни спекулации за „началото на всички начала“. И сега Бог, изгонен от природата под премереното люлеене на колелата на Нютоновата механика, неочаквано се завръща. Той идва в пламъците на Големия взрив и е трудно да се мисли за по-триумфална картина на външния му вид.
Проблемът обаче бил не само в теологията - Големият взрив не се подчинявал на законите на точните науки. Най-важният момент в историята на Вселената беше извън разбирането. В тази единствена (специална) точка, разположена на оста на пространство-време, общата теория на относителността престана да действа, защото налягането, температурата, енергийната плътност и кривината на пространството се втурнаха до безкрайност, тоест загубиха всяко физическо значение. В този момент всички тези секунди, метра и астрономически единици изчезнаха, превърнаха се не в нула, не в отрицателни стойности, а в пълното им отсъствие, в абсолютна безсмисленост. Тази точка е празнина, която не може да бъде преодоляна на хода на логиката или математиката, дупка през времето и пространството.
Едва в края на 60-те Роджър Пенроуз и Стивън Хокинг показаха убедително, че в рамките на теорията на Айнщайн, особеността на Големия взрив е неизбежна. Това обаче не би могло да улесни работата на теоретиците. Как да опиша Големия взрив? Каква беше например причината за това събитие? В края на краищата, ако преди него изобщо нямаше време, тогава изглежда, че няма причина, която го е родила.
Както сега разбираме, за да се създаде пълна теория за Големия взрив, е необходимо да се свържат заедно доктрината на Айнщайн, която описва пространството и времето, с квантовата теория, която се занимава с елементарни частици и техните взаимодействия. Вероятно може да минат повече от едно десетилетие, преди да е възможно да се направи това и да се получи една единствена „формула на Вселената“.
И къде, например, може да се появи огромното количество енергия, което породи тази експлозия с невероятна сила? Може би тя е наследена от нашата Вселена от своя предшественик, който се срути в една единствена точка? Обаче тогава къде го взе? Или енергията беше излята в първичния вакуум, от който нашата Вселена се изплъзна като „балон от пяна“? Или вселените на по-старото поколение прехвърлят енергия към вселените на по-младото поколение чрез черни дупки - онези единни точки - в дълбините на които, може би, се раждат нови светове, които никога няма да видим? Както и да е, Вселената в такива модели се появява като "отворена система", което не съответства напълно на "класическата" картина на Големия взрив: "Нямаше нищо и изведнъж Вселената се роди."
Вселената по време на формирането беше в изключително плътно и горещо състояние.
Промоционално видео:
Или може би, според някои от изследователите, нашата Вселена като цяло е … лишена от енергия, или по-скоро, нейната обща енергия е нула? Положителната енергия на излъчване от материята се наслагва върху отрицателната енергия на гравитацията. Плюс и минус дава нула. Този прословут „0“изглежда е ключът към разбирането на природата на Големия взрив. От него - от "нула", от "нищо" - всичко се роди моментално. На късмет. Спонтанно. Просто. Пренебрежимо малко отклонение от 0 породи универсална лавина от събития. Човек също може да направи такова сравнение: каменна топка, балансираща върху върха на някоя Chomolungma, тънка като шпил, внезапно се завъртя и се търкулна надолу, създавайки "лавина от събития".
1973 г. - физикът Едуард Трион от Америка се опита да опише процеса на раждането на нашата Вселена, използвайки принципа на несигурността на Хайзенберг, една от основите на квантовата теория. Според този принцип, колкото по-точно измерваме например енергията, толкова по-несигурно става времето. Така че, ако енергията е строго нулева, тогава времето може да бъде произволно дълго. Толкова големи, че рано или късно ще възникне колебание в квантовия вакуум, от който Вселената трябва да се роди. Това ще доведе до бързото разрастване на космоса, привидно от нищо. „Просто Вселените понякога се раждат, това е всичко“, така просто Трион обясни предисторията на Големия взрив. Беше голяма Случайна експлозия. Това е всичко.
Може ли Големият взрив да се случи отново?
Странно е, да. Ние живеем във вселена, която все още може да даде плод и да роди нови светове. Създадени са няколко модела, които описват „Големите брегове“на бъдещето.
Защо например в същия вакуум, който роди нашата Вселена, не се появяват нови колебания? Може би през тези 13,7 милиарда години до нашата Вселена се появи безброй набор от светове, които не се докоснаха по никакъв начин. Те имат различни закони на природата, има различни физически константи. В повечето от тези светове животът никога не би могъл да възникне. Много от тях умират веднага, сриват се. Но в някои Вселени - по чиста случайност! - има условия, при които животът е способен да произхожда.
Но въпросът не е само във вакуума, който остава преди началото на „всички времена и народи“. Колебанията, изпълнени с бъдещи светове, също могат да възникнат във вакуум, който е разпръснат в нашата Вселена - по-точно, в тъмната енергия, която я запълва. Този вид модел на "обновяващата се Вселена" е разработен от американския космолог, родом от Съветския съюз, Александър Виленкин. Тези нови "големи бретончета" не ни заплашват. Те няма да разрушат структурата на Вселената, няма да я изгорят до пепел, а само ще създадат ново пространство извън границите на нашето наблюдение и разбиране. Може би подобни „експлозии“, белязащи раждането на нови светове, се случват в дълбините на многобройните черни дупки, изпъстрящи пространство, смята американският астрофизик Лий Смолин.
Друг родом от СССР, живеещ на Запад, космологът Андрей Линде вярва, че ние самите сме способни да създадем нов Голям взрив, като събрахме в определен момент в космоса огромно количество енергия, надвишаващо определена критична граница. Според изчисленията му, космическите инженери на бъдещето биха могли да вземат невидима щипка материя - само няколко стотни милиграма - и да я кондензират до такава степен, че енергията на този съсирек ще бъде 1015 гига-волта. Ще се образува мъничка черна дупка, която ще започне да се разширява експоненциално. Това ще създаде „дъщерна вселена“със собствено пространство-време, бързо отделящо се от нашата Вселена.
… В природата на Големия взрив има много фантастични неща. Но валидността на тази теория се доказва от редица природни явления. Те включват наблюдаваното разширение на Вселената, схемата на разпределение на химичните елементи, както и космическото фоново лъчение, което се нарича „реликва на Големия взрив“.
Преди Големия взрив?
Светът не съществува завинаги. Той възниква в пламъците на Големия взрив. Обаче това уникално явление в историята на космоса ли беше? Или повтарящо се събитие като раждането на звезди и планети? Ами ако Големият взрив е просто фаза на преход от едно състояние на Вечността в друго?
Много физици казват, че първоначално е имало нещо, а не нищо. Може би нашата Вселена - подобно на другите - се е родила от елементарен квантов вакуум. Но колкото и минимално просто да е такова състояние - и по-малко от квантов вакуум, законите на физиката не позволяват - то не може да бъде наречено „Нищо“.
Може би Вселената, която виждаме, е просто още едно съвкупно състояние на Вечността? А причудливото подреждане на галактики и галактически клъстери - нещо като кристална решетка, която в n-мерния свят, съществуващ преди раждането на нашата Вселена, имаше съвсем различна структура и която вероятно беше предсказана от „формулата за всичко“, която Айнщайн търсеше? И дали ще бъде намерен през следващите десетилетия? Учените интензивно надничат през стената на Неизвестното, която се е оградила от нашата Вселена, опитвайки се да разберат какво се е случило в един момент преди, според нашите обичайни идеи, нямаше абсолютно нищо. Какви форми на Вечния космос можем да си представим, като даряваме времето и пространството с онези качества, които са немислими в нашата Вселена?
Някои от най-обещаващите теории, в които физиците се опитват да изтръгнат цяла Вечност, са може би теорията на квантовата геометрия, динамиката на квантовото въртене или квантовата гравитация. Най-голям принос за развитието им направиха Абей Аштекар, Тед Якобсън, Йежи Левандовски, Карло Ровели, Ли Смолин и Томас Тиман. Всичко това са най-сложните физически конструкции, цели дворци, издигнати от формули и хипотези, само за да се скрие пропастта, скрита в тяхната дълбочина и тъмнина, особеността на времето и пространството.
Ерата на сингулярността
Обходните пътеки на новите теории ни принуждават да преминем през привидно очевидните истини. И така, в квантовата геометрия пространството и времето, предварително безкрайно фрагментирано, внезапно се разпадат на отделни острови - части, кванти, по-малко от които няма нищо. Всички отделни точки могат да бъдат вградени в тези "камъни". Самото пространство-време се превръща в преплитане на едномерни структури - „мрежа от завъртания“, тоест тя се превръща в дискретна структура, един вид верига, изтъкана от отделни връзки.
Обемът на най-малкия възможен цикъл на пространството е само 10-99 кубически сантиметра. Тази стойност е толкова малка, че има много повече кванти пространство в един кубичен сантиметър от същите тези кубически сантиметри във Вселената, която наблюдаваме (нейният обем е 1085 сантиметра в куб). Няма нищо вътре в квантата на пространството, няма енергия, няма значение - точно както в математическа точка - по дефиниция - няма триъгълник или икосаедър. Но ако приложим хипотезата за „субмикроскопската тъкан на Вселената“, за да опишем Големия взрив, получаваме невероятни резултати, както показаха Абей Аштекар и Мартин Божовалд от Университета в Пенсилвания.
Ако заменим диференциалните уравнения в Стандартната теория на космологията, които приемат непрекъснат поток на пространството, с други диференциални уравнения, следващи от теорията на квантовата геометрия, тогава тайнствената сингулярност изчезва. Физиката не свършва там, където започва Големият взрив - това е първият окуражаващ извод на космолозите, които отказаха да приемат свойствата на Вселената, които виждаме като крайна истина.
В теорията за квантовата гравитация се приема, че нашата Вселена (подобно на всички останали) се е родила в резултат на случайно колебание на квантовия вакуум - глобална макроскопска среда, в която нямаше време. Всеки път, когато в квантов вакуум се появи колебание с определен размер, се ражда нова Вселена. Той се „разклонява“от хомогенната среда, в която се е образувал и започва свой собствен живот. Сега тя има своя история, свое пространство, собствено време, своя стрела на времето.
В съвременната физика са създадени редица теории, показващи как от една вечно съществуваща среда, в която няма макро време, но в някои моменти, от които протича нейното микро време, може да възникне такъв огромен свят като нашия.
Например физиците Габриеле Венециано и Маурицио Гасперини от Италия в рамките на теорията на струните предполагат, че така нареченият "струнен вакуум" е съществувал първоначално. Случайните квантови колебания в него доведоха до факта, че енергийната плътност достигна критична стойност и това предизвика локален срив. Което завърши с раждането на нашата Вселена от вакуум.
В рамките на теорията на квантовата геометрия Абей Аштекар и Мартин Божовалд показаха, че пространството и времето могат да възникнат от по-примитивни фундаментални структури, а именно "спинови мрежи".
Екхард Ребхан от университета в Дюселдорф и - независимо от него - Джордж Елис и Рой Маартенс от Университета в Кейптаун развиват идеята за „статична вселена“, която вече беше размишлена от Алберт Айнщайн и британския астроном Артур Едингтън. В стремежа си да се откажат от ефектите на квантовата гравитация, Ребхан и неговите колеги са измислили сферично пространство насред вечна пустота (или, ако предпочитате, празна вечност), където няма време. Поради известна нестабилност тук се развива инфлационен процес, който води до горещ Голям взрив.
Разбира се, изброените модели са спекулативни, но в основата си съответстват на съвременното ниво на развитие на физиката и резултатите от астрономическите наблюдения от последните няколко десетилетия. Във всеки случай едно е ясно. Големият взрив беше по-скоро обикновено, природно събитие, а не един вид.
Дали този вид теория ще ни помогне да разберем какво би могло да се случи преди Големия взрив? Ако вселената се е родила, какво я е родило? Къде се появява „генетичният отпечатък“на неговия родител в съвременните теории на космологията? 2005 г. - Абей Аштекар например публикува резултатите от новите си изчисления (Томаш Павловски и Парамприт Сингх им помогнаха). От тях стана ясно, че ако първоначалните предпоставки са правилни, тогава преди Големия взрив съществува същото пространство-време като след това събитие. Физиката на нашата Вселена, сякаш в огледало, беше отразена във физиката на другия свят. При тези изчисления Големият взрив като огледален екран прорязва Вечността, поставяйки до несъвместимото - природата и нейното отражение. И каква е автентичността тук, какво е призрак?
Единственото, което може да се види „от другата страна на огледалното стъкло“, е, че Вселената не се разширяваше по това време, а се свиваше. Големият взрив стана точката на неговия крах. В този момент пространството и времето спряха за миг, за да се отразят отново - за да продължат - да се издигнат като феникс в света, който познаваме, онази вселена, която измерваме с нашите формули, кодове и числа. Вселената буквално се е обърнала отвътре, като ръкавица или риза и оттогава непрекъснато се разширява. Според Аштекар Големият взрив не бил „създаването на цялата Вселена от Нищото“, а бил само преход от една динамична форма на Вечността към друга. Може би Вселената преминава през безкрайна серия от "големи взривове", а тези десетки милиарди (или каквото и да е) години, отделящи отделните й фази, са само периоди на "космическия синусоид"според законите на коя Вселена живее?
Препоръчва се за разглеждане: „Кой е създал Вселената? Големият взрив - важно научно обяснение: Всички аргументи“
А. Волков