Vårt universum har sitt ursprung för 13,7 miljarder år sedan, genererat av Big Bang, och i flera generationer har forskare försökt förstå detta fenomen.
I slutet av 20-talet av XX-talet upptäckte Edwin Hubble att alla galaxer vi ser spridda - som fragment av en granat efter en explosion, samtidigt som den belgiska astronomen och teologen Georges Lemaitre framförde sin hypotes (1931 publicerades den på sidorna om "Nature"). Han tror att universums historia började med explosionen av den "primära atomen", och detta gav upphov till tid, rymd och materia (tidigare, i början av 1920-talet, kom den sovjetiska forskaren Alexander Fridman, som analyserade Einsteins ekvationer, också till slutsatsen att "Universum skapades från en punkt" och det tog "tiotals miljarder av våra vanliga år").
Först avvisade astronomer hårt den belgiska teologens resonemang. Eftersom Big Bang-teorin var perfekt kombinerad med den kristna tron på Gud skaparen. I två århundraden har forskare undertryckt penetrationen till vetenskapen av alla slags religiösa spekulationer om "början av alla början." Och nu återvänder Gud oväntat från naturen under uppmätt svängning av hjulen i Newtonian mekanik. Han kommer i Big Bangs lågor, och det är svårt att tänka på en mer triumferande bild av hans utseende.
Problemet var dock inte bara inom teologin - Big Bang följde inte lagarna i de exakta vetenskaperna. Det viktigaste ögonblicket i universums historia var utan förståelse. Vid denna singulära (speciella) punkt, belägen på rymdtidens axel, upphörde den allmänna relativitetsteorin att fungera, eftersom tryck, temperatur, energitäthet och rymdens krökning rusade till oändligheten, det vill säga de förlorade all fysisk betydelse. Vid denna tidpunkt försvann alla dessa sekunder, meter och astronomiska enheter, förvandlade inte till noll, inte till negativa värden, utan till deras fullständiga frånvaro, till absolut meningslöshet. Denna punkt är en lucka som inte kan övervinnas på logikens eller matematikens pinnar, ett hål genom tid och rum.
Det var först i slutet av 1960-talet som Roger Penrose och Stephen Hawking visade övertygande att inom ramen för Einsteins teori är Big Bang-singulariteten oundviklig. Detta kunde emellertid inte underlätta teoretikernas arbete. Hur beskrivs Big Bang? Vad var till exempel orsaken till denna händelse? Trots allt, om före honom fanns det ingen tid alls, så verkade det inte finnas någon anledning som föder honom.
Som vi nu förstår, för att skapa en fullständig teori om Big Bang, är det nödvändigt att koppla ihop Einsteins doktrin, som beskriver rum och tid, med kvantteori, som handlar om elementära partiklar och deras interaktioner. Det kan antagligen ta mer än ett decennium innan det kommer att vara möjligt att göra detta och härleda en enda "universums formel."
Och var, till exempel, kan den enorma mängden energi dyka upp som gav upphov till denna explosion av otrolig kraft? Kanske ärvdes det av vårt universum från sin föregångare, som kollapsade till en enkel punkt? Men var fick hon det då? Eller hälldes energin ut i det ursprungliga vakuumet, från vilket vårt universum gled ut som en "bubbla av skum"? Eller överför universerna i den äldre generationen energi till universiteten i den yngre generationen genom svarta hål - de enda punkterna - i vilka djupet kanske nya världar föds som vi aldrig kommer att se? Oavsett om det verkar, verkar universum i sådana modeller som ett "öppet system", som inte helt motsvarar den "klassiska" bilden av Big Bang: "Det fanns ingenting, och plötsligt föddes universum."
Universum vid tidpunkten för bildandet var i ett extremt tätt och hett tillstånd.
Kampanjvideo:
Eller kanske, enligt några av forskarna, är vårt universum i allmänhet … saknar energi, eller snarare är dess totala energi noll? Den positiva energin från strålning som släpps ut av materien överlagras på den negativa tyngdkraften. Plus och minus ger noll. Denna ökända "0" verkar vara nyckeln till att förstå Big Bangs natur. Från honom - från "noll", från "ingenting" - föddes allt direkt. Av en slump. Spontant. Bara. En försumbar avvikelse från 0 gav upphov till ett universellt snöskred av händelser. Man kan också göra en sådan jämförelse: en stenboll, balanserad på toppen av någon Chomolungma så tunn som en spir, svängde plötsligt och rullade ner och skapade en "lavin av händelser."
1973 - fysiker Edward Trion från Amerika, försökte beskriva processen för vårt universums födelse, med Heisenbergs osäkerhetsprincip, en av grunden till kvantteorin. Enligt denna princip, ju mer exakt vi mäter energi, desto mer osäker tid blir. Så om energin är helt noll kan tiden vara godtycklig lång. Så stor att förr eller senare en fluktuation kommer att uppstå i kvantvakuumet från vilket universum ska födas. Detta kommer att leda till en snabb tillväxt av rymden, till synes uteslutande. "Det är bara att universum ibland är födda, det är allt", så helt enkelt förklarade Trion bakgrunden till Big Bang. Det var en stor slumpmässig explosion. Det är allt.
Kan Big Bang hända igen?
Konstigt nog, ja. Vi lever i ett universum som fortfarande kan bära frukt och föda nya världar. Flera modeller har skapats som beskriver framtidens "Big Bangs".
Varför till exempel, i samma vakuum som föder vårt universum, dyker inte upp nya fluktuationer? Kanske under dessa 13,7 miljarder år dök en oräknelig uppsättning världar bredvid vårt universum, som inte rörde varandra på något sätt. De har olika naturlagar, det finns olika fysiska konstanter. I de flesta av dessa världar kunde livet aldrig uppstå. Många av dem dör omedelbart, kollapsar. Men i vissa universum - av en slump! - det finns förhållanden under vilka livet kan komma från sitt liv.
Men poängen ligger inte bara i vakuumet som återstår före början av "alla tider och folk." Fluktuationer fyllda med framtida världar kan också uppstå i ett vakuum som sprids i vårt universum - mer exakt i den mörka energin som fyller den. Den här typen av modell av det "förnyande universum" utvecklades av den amerikanska kosmologen, en infödd i Sovjetunionen, Alexander Vilenkin. Dessa nya "big bangs" hotar inte oss. De kommer inte att förstöra universums struktur, de kommer inte att bränna den till aska utan bara skapa ett nytt utrymme utanför gränserna för vår observation och förståelse. Kanske, sådana "explosioner", som markerar födelsen av nya världar, inträffar i djupet av många svarta hål som prickar utrymme, tror den amerikanska astrofysikern Lee Smolin.
En annan infödd i Sovjetunionen, bosatt i väst, tror kosmolog Andrei Linde att vi själva är kapabla att skapa en ny Big Bang, efter att vi någon gång i rymden samlat in en enorm mängd energi som överskrider en viss kritisk gräns. Enligt hans beräkningar kan framtidens rymdtekniker ta en osynlig nypa materia - bara några hundradelar av ett milligram - och kondensera den i en sådan utsträckning att energin i denna koagel kommer att vara 1015 giga-volt. Ett litet svart hål kommer att bildas, som börjar expanderas exponentiellt. Detta kommer att skapa ett "dotterunivers" med sin egen rymdtid som snabbt skiljer sig från vårt universum.
… Det finns många fantastiska saker i Big Bangs natur. Men giltigheten av denna teori bevisas av ett antal naturfenomen. Dessa inkluderar den observerade expansionen av universum, bilden av distributionen av kemiska element, liksom den kosmiska bakgrundsstrålningen, som kallas "reliken från Big Bang".
Innan Big Bang?
Världen existerar inte för evigt. Det har sitt ursprung i Big Bangs lågor. Men var detta ett unikt fenomen i rymdhistorien? Eller en återkommande händelse som födelse av stjärnor och planeter? Vad händer om Big Bang bara är en fas av övergången från ett evigt tillstånd till ett annat?
Många fysiker säger att det ursprungligen fanns något och inte något. Kanske vårt universum - som andra - föddes från ett elementärt kvantvakuum. Men oavsett hur "minimalt enkelt" ett sådant tillstånd är - och fysikens lagar tillåter inte att existera mindre än ett kvantvakuum - kan det inte kallas "Ingenting".
Kanske är universum som vi ser bara en annan evig tillstånd? Och det bisarra arrangemanget av galaxer och galaxkluster - något som ett kristallgitter, som i den n-dimensionella världen som fanns före vårt universums födelse hade en helt annan struktur och som förmodligen kunde förutsägas av "formeln för allt" som Einstein letade efter? Och kommer det att hittas under de kommande decennierna? Forskare tittar intensivt genom muren till det okända, som har inhägnat vårt universum och försökt förstå vad som hände ett ögonblick innan, enligt våra vanliga idéer fanns det absolut ingenting. Vilka former av det eviga kosmos kan föreställas genom att ge tid och rum med de egenskaper som är tänkbara i vårt universum?
Några av de mest lovande teorier som fysiker försöker pressa en hel evighet till är kanske teorin om kvantgeometri, kvantspinndynamik eller kvanttyngd. De största bidragen till deras utveckling gjordes av Abei Ashtekar, Ted Jacobson, Jerzy Lewandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin och Thomas Thiemann. Alla dessa är de mest komplexa fysiska konstruktionerna, hela palats uppförda av formler och hypoteser, bara för att dölja genombrottet doldt i deras djup och mörker, tid och rymdets singularitet.
Singularitetens era
De nya teoriens rondellvägar tvingar oss att gå över de till synes uppenbara sanningarna. Så i kvantgeometri bryts plötsligt utrymme och tid, tidigare oändligt fragmenterade, i separata öar - delar, kvanta, mindre än vad det inte finns något. Alla singelpunkter kan inbäddas i dessa "stenblock". Själva rymdtiden förvandlas till en sammanvävning av endimensionella strukturer - ett "nätverk av snurr", det vill säga det blir en diskret struktur, en slags kedja, vävd från separata länkar.
Volymen för den minsta möjliga utrymmet är endast 10-99 kubikcentimeter. Detta värde är så litet att det i en kubikcentimeter finns mycket mer kvantitet utrymme än samma kubikcentimeter i universum som vi observerar (dess volym är 1085 centimeter i en kub). Det finns inget inuti rymdens kvanta, ingen energi, oavsett - precis som inuti en matematisk punkt - per definition - det finns ingen triangel eller icosahedron. Men om vi använder hypotesen "submikroskopisk vävnad i universum" för att beskriva Big Bang, får vi fantastiska resultat, som Abei Ashtekar och Martin Bojovald från University of Pennsylvania har visat.
Om vi byter ut differentiella ekvationer i standardteorin om kosmologi, som antar ett kontinuerligt flöde av rymden, med andra differentiella ekvationer som följer av teorin om kvantgeometri, försvinner den mystiska singulariteten. Fysiken slutar inte där Big Bang börjar - detta är den första uppmuntrande slutsatsen av kosmologer, som vägrade att acceptera universums egenskaper som vi ser som den ultimata sanningen.
I teorin om kvanttyngd antas att vårt universum (som alla andra) föddes i som ett resultat av en slumpmässig fluktuering av kvantvakuumet - en global makroskopisk miljö där det inte fanns någon tid. Varje gång en fluktuering av en viss storlek dyker upp i ett kvantvakuum, föds ett nytt universum. Den "förgrenas" från den homogena miljön där den bildades och börjar sitt eget liv. Nu har hon sin egen historia, sitt eget utrymme, sin egen tid, sin egen pil.
I modern fysik har ett antal teorier skapats som visar hur från en evigt befintlig miljö, där det inte finns någon makrotid, men vid vissa punkter som dess mikrotid flyter, kan en så enorm värld som vår uppstå.
Till exempel antyder fysikerna Gabriele Veneziano och Maurizio Gasperini från Italien inom ramen för strängteorin att det så kallade "strängvakuumet" ursprungligen existerade. Slumpmässiga kvantfluktuationer i den ledde till att energitätheten nådde ett kritiskt värde, och detta orsakade en lokal kollaps. Som slutade med att vårt universum föddes från ett vakuum.
Inom ramen för teorin om kvantgeometri visade Abei Ashtekar och Martin Bojovald att utrymme och tid kan uppstå från mer primitiva grundläggande strukturer, nämligen "spin-nätverk".
Eckhard Rebhan från universitetet i Düsseldorf och - oberoende av honom - George Ellis och Roy Maartens från University of Cape Town utvecklar idén om ett "statiskt universum", som redan tänktes av Albert Einstein och den brittiska astronomen Arthur Eddington. I deras strävan att avstå från effekterna av kvanttyngd har Rebhan och hans kollegor uppfunnit ett sfäriskt rum mitt i ett evigt tomrum (eller, om du föredrar, en tom evighet) där det inte finns tid. På grund av viss instabilitet utvecklas en inflationsprocess här, vilket leder till en het Big Bang.
Naturligtvis är de listade modellerna spekulativa, men de motsvarar i grunden den moderna utvecklingsnivån för fysik och resultaten av astronomiska observationer under de senaste decennierna. I varje fall är en sak uppenbar. Big Bang var mer en vanlig, naturlig händelse, och inte en sådan.
Kommer denna typ av teori att hjälpa oss förstå vad som kunde ha hänt innan Big Bang? Om universum föddes, vad födde det? Var visas det "genetiska avtrycket" från dess förälder i moderna teorier om kosmologi? 2005 - Till exempel offentliggjorde Abei Ashtekar resultaten av sina nya beräkningar (Tomasz Pavlovsky och Paramprit Singh hjälpte till att göra dem). Från dem var det tydligt att om de ursprungliga lokalerna är korrekta, så fanns samma rymdtid före Big Bang som efter denna händelse. Fysiken i vårt universum, som i en spegel, återspeglades i fysiken i den andra världen. I dessa beräkningar klippte Big Bang, som en spegelskärm, genom evigheten och placerar bredvid den inkompatibla naturen och dess reflektion. Och vad är äkthet här, vad är ett spöke?
Det enda som kan ses "från den andra sidan av spegelglaset" är att universum inte expanderade på den tiden utan samlades. Big Bang blev punkten för dess kollaps. I det ögonblicket avbröts utrymme och tid ett ögonblick för att återspeglas igen - för att fortsätta - att stiga som en Phoenix i den värld vi känner, det universum som vi mäter ut med våra formler, koder och siffror. Universum har bokstavligen vänt sig inifrån och ut, som en handske eller en skjorta, och har expanderat stadigt sedan dess. Big Bang var enligt Ashtekar inte "skapandet av hela universum från ingenting", utan var bara en övergång från en dynamisk form av evighet till en annan. Kanske går universum genom en oändlig serie "big bangs", och dessa tiotals miljarder (eller vad som helst) år som separerar dess separata faser är bara perioder av den "kosmiska sinusformen"enligt lagarna som universum lever i?
Rekommenderas för visning: "Vem skapade universum? Big Bang - En viktig vetenskaplig förklaring: Alla argument"
A. Volkov