В научных статьях по космологии постоянно встречается термин "наша Вселенная". Оказывается, ученые всерьез рассматривают возможность существования и других — предшествующих нашей, или параллельных, состоящих из антивещества, или таких, в которых время движется вспять. Все это подкреплено серьезными физико-математическими выкладками. О различных моделях мироздания и новых данных, полученных в последнее время, — в материале РИА Новости.
Наша Вселенная
Современная физика не исключает того, что вселенная, в которой мы живем, — не единственная. Поэтому ученые на всякий случай договорились писать слово "вселенная" с прописной буквы, когда речь идет о нашем пространстве-времени, и со строчной — в остальных случаях.
По расчетам космологов, Вселенная образовалась 13,77 миллиарда лет назад в результате Большого взрыва бесконечно малого объема высококонцентрированной материи. С тех пор она постоянно расширяется со скоростью, равной постоянной Хаббла, и это один из фундаментальных физических параметров.
Исходя из объема всего видимого и невидимого материала, который можно обнаружить каким-либо образом, сегодня протяженность Вселенной от края до края — около 93 миллиардов световых лет. То, что находится за этим пределом, одни ученые называют "бесконечным небытием", другие считают, что пространство-время замыкается само на себя, образуя гиперсферу.
На это, в частности, указывают отклонения в космическом микроволновом фоне — реликтовом электромагнитном излучении, возникшем примерно через 375 тысяч лет после Большого взрыва, когда сформировались первые атомы.
При этом исследователи сходятся на том, что раньше Вселенная была намного меньше, и чисто теоретически, отслеживая ее эволюцию в обратном направлении, можно дойти до точки Большого взрыва, когда все возникло из ничего.
Карта анизотропии реликтового излучения Вселенной по данным спутника WMAP. Красные цвета означают более горячие области, синие — более холодные
До нашей Вселенной
Согласно общепринятой теории космологии, Вселенная образовалась из сингулярности — когда материя и энергия были сжаты в одну точку. В первые доли секунды Большого взрыва, в период, называемый инфляцией, космос раздулся до огромных размеров. Что было до сингулярности, теория не объясняет, к тому же нет физико-математического описания самого этого состояния.
Придерживающиеся циклической модели ученые считают, что нашей Вселенной предшествовала какая-то другая. Возможно, похожая на нашу, но эволюционировавшая в обратном направлении. Со временем она сжалась в точку. И произошел Большой взрыв.
Конформная циклическая модель предполагает, что наша Вселенная — лишь один из этапов жизни множественной вселенной, которая проходит через бесконечное множество циклов. В течение каждого из них она охлаждается и расширяется до тех пор, пока массы всех ее материальных частиц не уменьшатся до нуля. Продолжительность цикла — триллионы лет.
Американские ученые из Университета штата Пенсильвания с 1980-х разрабатывают альтернативную модель Большого отскока, согласно которой расширяющаяся Вселенная возникла в результате распада сверхсжатой вселенной предыдущей фазы. Используя математический аппарат, объединяющий квантовую механику и теорию относительности, теоретики продемонстрировали, что неоднородность реликтового излучения — результат неизбежных квантовых флуктуаций, возникающих при таком переходе.
Эволюция Вселенной
Есть и более экзотические гипотезы. Например, о том, что наша Вселенная — это белая дыра, то есть гипотетическая задняя часть черной дыры другой вселенной. С той стороны материю всасывает, с этой — выбрасывает. Большинство физиков убеждены, что белых дыр быть не может, поскольку это нарушает второй закон термодинамики. Тем не менее уравнения общей теории относительности допускают их существование при условии обратного течения времени. Есть математические доказательства того, что Большой взрыв мог возникнуть на месте сверхмассивной белой дыры.
Вселенная никогда не начиналась
Практически все концепции, независимо от того, рассматривают они Вселенную как самостоятельную систему или как элемент сложного циклического процесса, исходят из того, что вначале была сингулярность. В качестве контраргумента некоторые ученые приводят довод, что такое состояние невозможно даже в теории. Материя мира не способна сжаться до бесконечно малой точки, в которой к тому же не существует времени. В современной физике пространство и время непрерывны, это гладкая ткань, лежащая в основе реальности. В таком пространственно-временном континууме две точки могут быть бесконечно близко друг к другу, но никогда не совпадут.
Британские ученые Бруно Валейшо Бенту и Став Залель предложили для описания Вселенной использовать теорию причинных множеств — квантовый подход, когда пространство-время — не непрерывность, а совокупность дискретных фрагментов.
В качестве аналогии они приводят экран монитора, изображение на котором выглядит гладким и непрерывным, а на самом деле состоит из отдельных пикселей. При этом невозможно достичь такого увеличения, чтобы один пиксель слился с соседним или распался на части.
Теория причинных множеств понимает сингулярность как единичный квант, или атом вселенной, из которого образовались все остальные. При этом получается, что уникального стартового момента мироздания не было, а физический мир в том или ином виде существовал всегда.
Зеркальная вселенная
Писатели-фантасты нередко пользуются образом зеркальной вселенной, понимая под этим параллельный мир, где можно встретить своего двойника или изменить личную судьбу. Концепция зеркальной вселенной есть и в теоретической космологии.
В физических экспериментах все частицы возникают вместе с античастицами. Поэтому ученых давно смущает то, что Вселенная состоит в основном из материи, а антивещества практически нет. Для объяснения такой асимметрии в 1990-х космологи выдвинули гипотезу о том, что вместе с нашей "материальной" Вселенной образовалась ее зеркальная пара, заполненная антиматерией.
Позднее ученые доказали, что в каждой из этих вселенных свое время, совпадающее с ростом энтропии, но общее его направление сохраняется. Так что гипотеза зеркальных вселенных вполне согласуется с физической теорией и не противоречит второму закону термодинамики.
Противонаправленное течение времени в зеркальных вселенных
В недавней статье канадские и британские ученые развили эту концепцию, предположив, что время симметрично течет в обе стороны, а вселенная до Большого взрыва — это "антиверсия" нашей Вселенной. Такая модель объясняет многие нерешенные вопросы физики, связанные с осцилляциями нейтрино, темной энергией, темной материей и отсутствием сильных гравитационных волн в космосе.
По мнению авторов, темная материя — это стерильные нейтрино, образовавшиеся при Большом взрыве подобно хокинговскому излучению черной дыры. А энергия гравитационных волн, которые должны были бы до сих пор сотрясать наш мир, ушла на разделение двух вселенных.
Американские физики из Университета Нью-Мексико и Калифорнийского университета в Дейвисе считают, что с помощью концепции зеркальной вселенной можно решить и проблему несоответствия между различными измерениями постоянной Хаббла. Они обнаружили, что при изменении в космологических моделях скорости расширения Вселенной другие константы, такие как скорость гравитационного свободного падения или фотон-электронного рассеяния, остаются неизменными. Подобная инвариантность, по мнению исследователей, подразумевает существование расширяющейся зеркальной вселенной, уравновешивающей нашу через слабое гравитационное притяжение.
Мультивселенная
Инфляционная модель, предложенная в 1981-м американским ученым Аланом Гутом и развитая советскими астрофизиками Алексеем Старобинским, Андреем Линде и Вячеславом Мухановым, предполагает, что при физическом расширении на ранней стадии Большого взрыва образовалась сеть вселенных, похожая на сцепленные между собой мыльные пузыри. Мы живем внутри одного из них, не имея никакой возможности увидеть, что происходит в других.
Теорию Мультивселенной нельзя ни доказать, ни опровергнуть. Но она открывает широкие перспективы для новых теоретических построений — за это ее и любят ученые. Например, в рамках этой гипотезы физики из Франции и Швейцарии объяснили, почему полученная в экспериментах масса бозона Хиггса втрое меньше, чем предсказанная Стандартной моделью.
Ученые считают, что изначально распределение бозонов между разными частями Мультивселенной было неоднородным. Области, содержащие тяжелые частицы, из-за внутренних сил разрушались за доли секунды. А наша Вселенная с легким бозоном Хиггса существует до сих пор.
