Наша всесвіт не вічна - око планети інформаційно-аналітичний портал

Згідно домінуючою сьогодні моделі походження Всесвіту, вона з'явилася близько 14 млрд років тому в результаті Великого вибуху. Але є і сценарії, за якими наш Всесвіт представляється вічної, тобто моменту народження у неї просто не було. Інші стверджують, що Всесвіт колись утворилася, але було це не мільярди, а трильйони або навіть квадрильйонів років тому.

Професор Олександр Виленкин, директор Інституту космології при Університеті Тафтса (США), проаналізував існуючі сценарії вічної Всесвіту і довів, що всі вони суперечливі.

У будь-яких моделях нескінченного Всесвіту як мінімум одна геодезична лінія не може бути продовжена нескінченно далеко назад в минуле. Значить, Всесвіт не може бути вічною. (Ілюстрація ФІАН-інформ.)

В останнє десятиліття через низку труднощів в існуючій теорії розвитку Всесвіту часто з'являються альтернативні сценарії розвитку, з якими ми намагаємося знайомити вас в міру сил і можливостей. Підживлює їх багато. Одним з найскладніших моментів загальноприйнятою моделі є те, що Всесвіт в момент Великого вибуху повинна була являти собою не грудку речовини певних розмірів, а позбавлену яких би то ні було розмірів нульмерние точку, так звану точку сингулярності. Відповідно, в цій точці щільність матерії і енергії повинна була досягати нескінченності, так само як і температура, що у фізичному сенсі дуже і дуже складно уявити. Щільність і температура не можуть бути одночасно нескінченними, так як при нескінченної щільності міра хаосу прагне до нуля, що ніяк не сумісно з нескінченної температурою.

Ще складніше зрозуміти причини Великого вибуху. Спроби списання їх на квантові флуктуації та інше теж поки не дуже гладкі.

Серед альтернативних мейнстрімних гіпотез часто випливають теорії «вічної Всесвіту». За ним, у Всесвіті не було початку - а значить, проблеми пояснення Великого вибуху там вирішуються простіше. Проте великі теоретичні труднощі є не тільки у такого роду побудов: альтернативи теж грішать розбіжностями.

Відповідно до одного з таких сценаріїв, Всесвіт представляється вічної і в середньому постійно розширюється. Швидкість розширення може змінюватися від однієї області до іншої, при цьому можуть спостерігатися навіть періоди стиснення. Але стиснення завжди компенсується подальшим розширенням так, що обсяг Всесвіту в середньому збільшується. При цих умовах, побудувавши геодезичні лінії (тобто виконавши зворотну екстраполяцію кожної точки по часу назад), можна довести, що як мінімум одна геодезична лінія не може бути продовжена нескінченно далеко в минуле. Нагадаємо, що геодезична лінія - це узагальнення поняття «пряма» в викривлених просторах, в даному випадку в тривимірному. А для затвердження того факту, що Всесвіт існував не завжди, така неможливість продовжити в минуле все «прямі» вже достатня.

Другий сценарій вічного існування Всесвіту - це періодичне стиснення і розширення. Це ціла група так званих циклічних теорій, за якими Всесвіт живе і розширюється, після чого стискається до деякого мінімального обсягу і знову розширюється. Каменем спотикання таких теорій став другий закон термодинаміки, згідно з яким ентропія може тільки зростати. А значить, попередні цикли були б набагато коротше і речовина в них було б набагато гарячіша, ніж в момент останнього Великого вибуху, що малоймовірно. Ентропія (міра безладу системи) повинна завжди рости. І якщо ми візьмемо Всесвіт, роздуємо її, а потім схлопнем, то вдруге міра безладу Всесвіту буде значно вище, ніж до схлопування. Так само відбувається і зі скляним склянкою, який падає і розбивається. До падіння він є цілісною конструкцією, а після нього - набір осколків. Навіть якщо зібрати їх в купу, склянкою вони не стануть.

Крім того, еволюція такої системи йшла б, самі розумієте, в якому напрямку. «Ентропія зростає в часі, - зауважує професор Виленкин, - і якщо нескінченно довго почекати, то система прийде до термодинамічної рівноваги. А це означає, що ніяких галактик і інших спостережуваних речей не виявиться: грубо кажучи, все розіб'ється ».

Чи не єдиний аргумент проти такого сценарію полягає в тому, що спостерігається ентропія - це не ентропія в чистому вигляді, а її показник на одиницю об'єму. Ця питома ентропія може залишитися незростаюча або навіть спадною, якщо на кожному циклі розмір Всесвіту буде збільшуватися. І сформувати зірки і галактики тоді можна. Але тоді Всесвіт буде в середньому розширюватися, проте, виходячи з висновків першого сценарію, ми вже знаємо, що така Всесвіт вічної бути не може.

За словами пана Виленкина, Всесвіт правильніше представляти так: внизу дзвони знаходиться точка сингулярності; у міру розширення Всесвіту дзвін розширюється, але нижче його заснування нічого немає: ні простору, ні часу. (Мал. А. Виленкина.)

Тут, правда, є нюанс, а саме теорія Стейнхардт і тюрків. Вона не є теорією вічно існуючої Всесвіту в чистому вигляді, але також заперечує Великий вибух як «день народження» всього сущого. За нею, у світобудови може бути початок, але воно було неймовірно давно. Темна енергія - це єдине енергетичне поле, яке пронизує весь Всесвіт, в основному заповнену вакуумом. Щільність енергії вакууму на більш ранніх етапах еволюції Всесвіту була набагато вище, ніж зараз, а потім впала до спостережуваних експериментально значень. Процес зменшення щільності вакууму відбувався не поступово, а стрибками, причому кожен новий стрибок займав більше часу, ніж попередній. Для досягнення поточного значення щільності вакууму потрібен час, набагато перевершує 13,5 млрд років, що минули з моменту Великого вибуху. Стейнхардт і тюрків скористалися ідеєю про поступово знижується щільності вакууму, так як вона відмінно укладалася в їх модель довгих циклів розвитку Всесвіту, кожен з яких займає один трильйон років. У далекому минулому, сотні, якщо не тисячі циклів назад, величина лямбда-члена (щільність вакууму, космологічна стала) була дуже великою. Тоді, сотні трильйонів років тому (або більше), не могли виникнути умови для появи більш-менш значних неоднорідностей (скупчень речовини типу зірок і галактик): Всесвіт був млявим простором з розсіяним по ньому дуже рідкісним речовиною.

Нещодавно, кілька циклів або трильйонів років тому, зниження щільності вакууму дійшло до таких значень, коли у звичайного речовини з'явилася можливість перетворитися в ті великомасштабні космічні неоднорідності (галактики, зірки), які і характеризують нашу Всесвіту з дуже маленьким значенням лямбда-члена (космологічної сталої ). Так вони вирішують проблему розриву між спостерігається і теоретично вірною щільністю вакууму.

Цю теорію теж важко назвати бездоганною: дуже багато «піротехнічних ефектів»; це, по суті, нова телеологія, тільки замість вчення про доцільність спостережуваного буття, що апелює до розумної творчої волі Бога, нам пропонують «удревніть» історію Всесвіту в тисячі (і більше) разів, тільки щоб щільність вакууму збіглася з спостерігається. Найголовніше, за Полу Стейнхардт, - початок чергового циклу стиснення-розширення Всесвіту викликається циклічним зіткненням нашого Всесвіту з паралельної. Абсолютно незрозуміло, чому Стейнхардт і тюрків постулюють паралельність цих двох початкових всесвітів один одному. З чого випливає ця вихідна посилка? Як бачимо, проблему «первісного устрою» вирішити не вдалося і тут.

Отже, постійно розширюється вічної Всесвіту бути не може, сценарії як з циклічно сжимающейся-розтискати, так і стискується-розтискати з ростом обсягу Всесвіту теж не працюють.

Як зазначає Олександр Виленкин, ці сценарії суперечливі в першу чергу тому, що неможливо провести через розширюється в середньому Всесвіт геодезичну лінію. Значить, потрібно придумати такий варіант, згідно з яким теорему можна обійти.

«Такий сценарій, - зазначає вчений, - був недавно запропонований космологом Жоржем Еллісом. Альтернативна вічна Всесвіт міг спочатку, протягом нескінченно довгого часу, бути статичною, а розширюється вона тільки останні 14 млрд років. Тобто в середньому така Всесвіт не розширюється ».

Однак і на цей сценарій знаходиться спростування. Це далеко не тривіальне висновок, але можна довести, що стаціонарна Всесвіт виявляється нестійкою по відношенню до квантовим ефектам, і ймовірність колапсу до сингулярного стану відмінна від нуля. Попросту кажучи, будь-яка статична всесвіт рано чи пізно в силу випадкової квантової флуктуації схлопнется. За нескінченно довгий час вона повинна була схлопнуться обов'язково. Начебто, як ми бачимо на прикладі нашого Всесвіту, цього не сталося.

Відзначимо, що перераховані вище докази відносяться тільки до тих випадків, коли наш Всесвіт дійсно є вічною і більш-менш замкнута система. Тому окремих теорій, постулює, що вік всього сущого більше, але не нескінченний, ці доводи не стосуються. Те ж відноситься до гіпотезам, що походить із того, що наш Всесвіт не є замкнутою системою. Згадаймо хоча б теорію Нікодемо Поплавського, згідно з якою ми всі перебуваємо всередині чорної діри в «прабатьківській Всесвіту». Там вік матерії, з якої складається наш Всесвіт, може бути більше 13,5 млрд років. Адже в таку ЧД провалювалася б матерія з вихідної Всесвіту, постійно підживлюючи енергією і речовиною нашу, а вік цієї самої вихідної Всесвіту нам невідомий. Теорія Поплавського, по суті, не відноситься до теорій вічної Всесвіту: ми ніколи не побачимо прародительскую Всесвіт, тому вічна вона, чи великий її вік чи ні, нам ніколи не дізнатися.

Загалом, в таборі альтернативних Великому вибуху теорій «вічної Всесвіту» несуперечливої ​​моделі поки немає. І не буде?

Підготовлено за матеріалами ФІАН-інформ.