Современная космология переживает период переосмысления фундаментальных основ: данные телескопа «Джеймс Уэбб» заставляют ученых сомневаться в общепринятой модели возникновения Вселенной. В ходе дискуссии ведущий астрофизик Брайан Китинг и космолог Пол Дэвис разбирают сценарии, при которых Большой взрыв мог быть не уникальным событием, а лишь одним из эпизодов в бесконечной череде космических циклов.
🌌 От «первобытного атома» к расширяющейся Вселенной 5:00
Интерес человечества к историям происхождения заложен в культуре на протяжении тысячелетий — от библейских текстов до древнеегипетской «Книги мертвых» . Брайан Китинг подчеркивает, что сегодня наука способна делать количественные заявления о вещах, которые раньше были прерогативой теологов и философов.
Эволюция научных представлений прошла через несколько ключевых этапов:
- Аристотелевская модель: Вселенная считалась фиксированной, конечной и неизменной на протяжении вечности .
- Механика Ньютона: Исаак Ньютон осознавал проблему гравитационной нестабильности статичной Вселенной, так как материя обладает свойством взаимного притяжения .
- Вклад Эйнштейна: Альберт Эйнштейн ввел космологическую постоянную (вакуумную энергию) для стабилизации модели против гравитационного коллапса .
- Открытие Хаббла: Эдвин Хаббл доказал, что галактики удаляются друг от друга, что привело к отказу от идеи статической Вселенной .
Концепция Большого взрыва была впервые предложена бельгийским священником и физиком Жоржем Леметром, который в 1929 году описал «первобытный атом» . По расчетам Леметра, этот «атом» обладал ядерной плотностью, а его размер в четыре раза превышал диаметр известной тогда Солнечной системы . Современная космология использует обратную величину постоянной Хаббла для определения возраста Вселенной, который составляет примерно 13,8 млрд лет .
🔄 Альтернативы сингулярности: когда взрывов было много 14:06
Брайан Китинг утверждает, что термин «Большой взрыв» стал частью массового сознания, из-за чего многие принимают его как неоспоримый факт единственного начала . Однако даже авторы статьи 1965 года об открытии реликтового излучения (CMB) не использовали этот термин, допуская возможность существования циклической Вселенной .
Сегодня рассматриваются четыре основные альтернативные модели:
- Квазистационарная модель (QSSC): Разработана Хойлом, Бербиджем и Нарликаром. Предполагает отсутствие единого начала и медленные осцилляции Вселенной без достижения бесконечной плотности .
- Конформная циклическая космология (CCC): Модель сэра Роджера Пенроуза. Основана на математическом масштабировании, где будущее Вселенной, состоящее только из фотонов, становится началом нового цикла (эона) .
- Модели «отскока» (Bouncing models): По мнению Пола Стейнхардта и Нила Турока, Вселенная проходит через фазы сжатия и последующего расширения, сохраняя классическую структуру пространства-времени в точке перехода .
- Инфляционная мультивселенная: Предполагает наличие параллельных вселенных, каждая из которых переживает свои собственные «взрывы» и коллапсы .
По словам Пола Дэвиса, отсутствие монополии одной идеи в космологии крайне важно для развития науки, так как это мотивирует поиск новых методов проверки теорий .
📡 Детектив с космической пылью: провал BICEP2 26:42
В 2014 году эксперимент BICEP2, созданный Брайаном Китингом и его командой, объявил об обнаружении первичных гравитационных волн — так называемой B-моды поляризации реликтового излучения . Это событие было представлено как окончательное доказательство теории инфляции и существования Мультивселенной .
Однако триумф оказался преждевременным:
- Импостер-сигнал: Через несколько месяцев выяснилось, что закрученный узор поляризации был вызван не гравитационными волнами, а межзвездной пылью Млечного Пути .
- Роль миссии Planck: Данные спутника Planck подтвердили, что магнитное поле нашей Галактики выравнивает частицы пыли, создавая сигнал, практически идентичный ожидаемому космологическому эффекту .
- Вывод: Вселенная оказалась гораздо более «грязным» (загрязненным фоновым шумом) местом, чем предполагали ученые .
🏔️ Simons Observatory: новая попытка заглянуть в начало времен 29:42
Для решения проблемы разделения сигнала от пыли и истинных гравитационных волн создана Обсерватория Саймонса (Simons Observatory). Это проект стоимостью $110 млн, финансируемый Фондом Саймонса, в котором задействовано около 380 специалистов .
Технические особенности проекта:
- Локация: Пустыня Атакама, Чили, высота 5200 метров (17 000 футов) над уровнем моря .
- Инструментарий: Три преломляющих телескопа малого диаметра и один гигантский телескоп диаметром 6 метров .
- Чувствительность: Детекторы развиваются быстрее, чем предсказывает закон Мура .
Брайан Китинг объясняет, что если обсерватория обнаружит B-моду и докажет, что это не пыль, это позволит фальсифицировать (опровергнуть) квазистационарную модель, модель циклической космологии Пенроуза и модели «отскока» . Каждая из этих теорий предсказывает отсутствие такого сигнала.
🌀 Мультивселенная: наука или теология? 31:59
Обсуждение теории инфляции неизбежно приводит к концепции Мультивселенной. Пол Дэвис отмечает, что идея Мультивселенной имеет почти теологический подтекст, так как требует объяснения видимых свойств мира через невидимые силы .
Макс Тегмарк выделяет четыре уровня Мультивселенной :
- За горизонтом: Области Вселенной, которые существуют, но свет от них еще не дошел до нас.
- Другие законы и константы: Регионы с иными физическими параметрами.
- Многомировая интерпретация квантовой механики: Ветвление вселенской волновой функции (эксперимент с котом Шрёдингера), происходящее каждые 10^-36 секунды .
- Математические структуры: Гипотеза о том, что всё, что математически возможно, физически существует .
Брайан Китинг подчеркивает, что обнаружение гравитационных волн инфляции станет лишь косвенным доказательством Мультивселенной . Он сравнивает наше положение с бактериями в чашке Петри: мы можем понимать среду своего обитания (агар-агар), но другие колонии в соседних чашках могут быть принципиально недосягаемы для нас .
⏳ Проблема энтропии и стрелы времени 52:00
Одним из главных возражений против циклических моделей является второй закон термодинамики. Ричард Толмен еще в 1930-х годах указывал на проблему накопления энтропии: если Вселенная сжимается и расширяется, энтропия должна расти с каждым циклом, что делает невозможной бесконечную череду одинаковых повторений .
Пол Дэвис добавляет:
- Инфляция «разглаживает» Вселенную, переводя её в состояние с низкой гравитационной энтропией, что заводит космические часы заново .
- Модель Фреда Хойла пыталась обойти проблему стрелы времени через временную симметрию, где в одной половине цикла время идет «вспять» .
- Большинство современных моделей «отскока» всё еще содержат математические допущения (fudges) для решения вопроса начальных условий .
В завершение дискуссии Маулик Парих задает вопрос о неизменности законов физики. Брайан Китинг признает, что наука не знает, будут ли законы математики или физические константы одинаковыми в разных циклах или разных «пузырях» Мультивселенной . Ландшафт теории струн допускает существование огромного количества вакуумных состояний с различными физическими параметрами .
