Книга: 100 великих загадок астрономии

Загадки Большого взрыва

Загадки Большого взрыва

Наша Вселенная возникла 13,7 миллиарда лет назад, порожденная Большим взрывом, и вот уже несколько поколений ученых пытаются понять этот феномен.

В конце 1920-х годов Эдвин Хаббл открыл, что все видимые нами галактики разлетаются – словно осколки гранаты после взрыва, Тогда же бельгийский астроном и богослов Жорж Леметр и выдвинул свою гипотезу (в 1931 году она была изложена на страницах «Nature»). По его мнению, история мироздания началась с того, что взорвался «первичный атом», и это породило время, пространство и материю (ранее, в начале 1920-х годов, советский ученый Александр Фридман, анализируя уравнения Эйнштейна, также пришел к выводу, что «Вселенная создавалась из точки» и это заняло «десятки миллиардов наших обычных лет»).

Поначалу астрономы решительно отвергли рассуждения бельгийского теолога. Ведь теория Большого взрыва как нельзя лучше сочеталась с христианской верой в Бога-Творца. На протяжении двух столетий ученые пресекали проникновение в науку любых религиозных домыслов о «начале всех начал». И вот Бог, изгнанный из природы под мерное покачивание колесиков ньютоновской механики, внезапно возвращается. Он грядет в пламени Большого взрыва, и трудно придумать более триумфальную картину его явления.

Большой взрыв не подчинялся законам точных наук

Но проблема была не только в богословии – Большой взрыв не подчинялся законам точных наук. Важнейший момент истории Вселенной пребывал за гранью познания. В этой сингулярной (особой) точке, расположенной на оси пространства-времени, общая теория относительности переставала действовать, поскольку давление, температура, плотность энергии и искривление пространства устремлялись в бесконечность, то есть теряли всякий физический смысл. В этой точке исчезали, превращались не в ноль, не в отрицательные величины, а в полное их отсутствие, в абсолютную беззначность, все эти секунды, метры и астрономические единицы. Эта точка – разрыв, который не преодолеть на ходулях логики или математики, дыра навылет во времени и пространстве.

Лишь в конце 1960-х годов Роджер Пенроуз и Стивен Хокинг убедительно показали, что в рамках теории Эйнштейна сингулярность Большого взрыва неизбежна. Но это не облегчило работу теоретиков. Как описать Большой взрыв? Что стало, например, причиной этого события? Ведь если до него вообще не было времени, то вроде бы не могло быть и причины, породившей его.

Как мы понимаем теперь, чтобы создать полную теорию Большого взрыва, нужно связать воедино учение Эйнштейна, описывающее пространство и время, с квантовой теорией, занимающейся элементарными частицами и их взаимодействием. Очевидно, пройдет не одно десятилетие, прежде чем удастся это сделать и вывести единую «формулу мироздания».

А откуда, например, взялось то грандиозное количество энергии, что породило этот взрыв величайшей силы? Может быть, она досталась нашей Вселенной от ее предшественницы, сжавшейся в сингулярную точку? Но тогда откуда та ее получила? Или энергия была разлита в первородном вакууме, из которого – «пузырьком пены» – выскользнула наша Вселенная? Или же Вселенные старшего поколения передают энергию Вселенным младшего поколения посредством черных дыр – тех сингулярных точек – в глубинах которых, может быть, рождаются новые миры, которые нам никогда не увидеть? В любом случае, Вселенная в таких моделях предстает «открытой системой», что не вполне соответствует «классической» картине Большого взрыва: «Не было ничего, и вдруг родилось мироздание».

А может быть, как полагают некоторые исследователи, наша Вселенная вообще… лишена энергии, точнее, ее совокупная энергия равна нулю? Положительная энергия излучения, испускаемого веществом, накладывается на отрицательную энергию гравитации. Плюс на минус дает ноль. Этот пресловутый «0» кажется ключом к пониманию природы Большого взрыва. Из него – из «нуля», из «ничего» – мгновенно родилось все. Случайно. Спонтанно. Просто так. Ничтожно малое отклонение от 0 породило вселенскую лавину событий. Можно привести и такое сравнение: каменный шар, балансировавший на тонкой, как шпиль, вершине какой-нибудь Джомолунгмы, внезапно качнулся и покатился вниз, порождая «лавину событий».

В 1973 году американский физик Эдвард Трион попробовал описать процесс рождения нашей Вселенной, используя принцип неопределенности Гейзенберга, одну из основ квантовой теории. Согласно этому принципу, чем точнее мы, например, измеряем энергию, тем неопределеннее становится время. Итак, если энергия строго равна нулю, то время может быть сколь угодно большим. Настолько большим, что рано или поздно в квантовом вакууме, из которого и предстоит родиться Вселенной, возникнет флуктуация. Это и приведет к стремительному разрастанию космоса, казалось бы, из ничего. «Просто Вселенные иногда рождаются, вот и всё», – так незатейливо Трион объяснил подоплеку Большого взрыва. Это был большой Случайный взрыв. Только и всего.

А может ли Большой взрыв повториться? Как ни странно, да. Мы живем в мироздании, которое все еще может плодоносить и порождать новые миры. Созданы несколько моделей, которые описывают «Большие взрывы» будущего.

Почему бы, например, в том же вакууме, породившем нашу Вселенную, не появиться новым флуктуациям? Возможно, за эти 13,7 миллиарда лет рядом с нашим мирозданием возникло бесчисленное множество миров, которые никак не соприкасаются друг с другом. В них действуют различные законы природы, существуют разные физические константы. В большинстве этих миров жизнь никогда не могла бы возникнуть. Многие из них сразу гибнут, испытывают коллапс. Но в некоторых Вселенных – по чистой случайности! – складываются условия, при которых может зародиться жизнь.

Но дело не только в том вакууме, что пребывает до начала «всех времен и народов». Чреватые будущими мирами флуктуации могут возникать и в вакууме, что разлит в нашей Вселенной, – точнее, в темной энергии, заполняющей ее. Подобную модель «обновляющейся Вселенной» разработал американский космолог, уроженец СССР, Александр Виленкин. Нам эти новые «большие взрывы» ничем не грозят. Они не разрушат структуру Вселенной, не выжгут ее дотла, а лишь создадут новое пространство за пределами, доступными нашему наблюдению и пониманию. Возможно, подобные «взрывы», знаменующие рождения новых миров, происходят в глубинах многочисленных черных дыр, усеивающих космос, считает американский астрофизик Ли Смолин.

Другой уроженец СССР, живущий на Западе, космолог Андрей Линде полагает, что мы сами способны учинить новый Большой взрыв, собрав в какой-либо точке пространства громадное количество энергии, превышающее некий критический предел. По его расчетам, космические инженеры будущего могли бы взять незримую щепотку вещества – всего несколько сотых долей миллиграмма – и уплотнить его до такой степени, что энергия этого сгустка составит 10¹⁵ гигалектронвольт. Образуется крохотная черная дыра, которая начнет расширяться по экспоненте. Так возникнет «дочерняя Вселенная» со своим пространством-временем, стремительно отделяющаяся от нашей Вселенной.

…В природе Большого взрыва много фантастичного. Но справедливость этой теории доказывает целый ряд природных феноменов. К ним относятся наблюдаемое нами расширение Вселенной, картина распределения химических элементов, а также космическое фоновое излучение, которое так и называют «реликтом Большого взрыва».