Время до начала времен

В отсутствие сингулярности, дающей начало времени, история Вселенной может быть продлена гораздо дальше в прошлое, чем это могут считать возможным космологи. Некоторые специалисты в смежных разделах физики пришли к таким же выводам, но только очень немногие создали модели, полностью решающие проблему сингулярности. Большая их часть, включая полученные из струнных теорий, требуют предположений о том, что могло бы случиться в этой тревожащей умы исследователей точке. Петлевая гравитация в противоположность остальным подходам без дополнительных постулатов способна отследить, что происходило в сингулярности. Модели, основанные на этой теории, хотя и упрощенные, по общему признанию, базируются на общих принципах, избегая новых постулируемых сущностей.

Используя разностные уравнения, авторы могут реконструировать далекое прошлое. Один из возможных сценариев развития Вселенной следующий: начальное состояние, обладавшее высокой плотностью, появляется, когда некая существовавшая раньше вселенная коллапсирует под действием гравитационных сил притяжения. Плотность увеличивается до такой степени, что гравитация «переключается», становясь силой отталкивания, и вселенная начинает расширяться снова. Такой процесс получил название отскока. Первая досконально изученная модель отскока — идеализированный случай вселенной высокой степени симметрии и содержащей только один тип материи. Частицы в такой модели предполагаются безмассовыми и не взаимодействующими друг с другом. Хотя эта модель и была крайне упрощенной, она с самого начала потребовала больших объемов численного моделирования, завершенного только к 2006 г. Эбхеем Аштекаром (Abhay Ashtekar), Томашем Павловски (Tomasz Pawlowski) и Парампритом Сингхом (Parampreet Singh) из Университета штата Пенсильвания. Они рассмотрели распространение волн, представляющих вселенную, до и после Большого взрыва. Проведенное моделирование ясно показало, что волны могли бы и не следовать классической траектории, ведущей в пасть сингулярности, но могли бы остановиться и развернуться назад при наличии отталкивающих гравитационно-квантовых сил.

Впечатляющий результат проведенного моделирования — то, что хорошо известный принцип неопределенности квантовой механики, по всей видимости, не давал о себе знать во время отскока. Другими словами, волна оставалась локализованной, а не рассеивалась, как это обычно происходит в квантовой механике. Если принять это за чистую монету, то получается, что вселенная до отскока была похожа на нашу Вселенную. Такая вселенная была управляема теорией относительности и, возможно, наполнена звездами и галактиками. Если так, то мы могли бы экстраполировать нашу Вселенную назад во времени, через отскок, и понять, что же происходило раньше, подобно тому, как мы можем воссоздать траектории двух бильярдных шаров до столкновения, основываясь на их движении после него — нам нет необходимости знать детали столкновения на уровне атомов.

ВЫГЛЯДЯ ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ОТТАЛКИВАЮЩЕЙ

Если вы упакуете энергию в некоторый элемент объема пространства, то длина волны частиц, обладающих этой энергией, уменьшится и в конечном счете приблизится к размеру «атома» пространства-времени.

Пространство буквально вываливается изо всех окон — если вы попытаетесь упаковать больше энергии, пространство просто «вытолкнет» ее. Оказывается, что гравитация, генерируемая такой областью, становится уже не силой притяжения, а силой отталкивания.

К сожалению, последующий более глубокий анализ этой модели, проделанный автором, развеял появившуюся надежду. Так же, как и используемые в численных расчетах квантовые волны, первая модель оказалась специальным случаем. В общем же автор нашел, что волны все-таки рассеиваются, квантовые эффекты достаточно сильны, и их необходимо принимать во внимание. Таким образом, отскок не был простым толчком силы отталкивания, подобно тому, как это происходит при столкновении двух бильярдных шаров. Вместо этого ситуация может представлять собой появление нашей Вселенной из практически неизмеримого квантового состояния — мира в сильно флуктуирующем беспорядке. Даже если существовавшая ранее вселенная была очень похожа на нашу Вселенную, то она прошла сквозь протяженный период сильной флуктуации плотности энергии и материи, и все оказалось перемешано случайным образом.

Флуктуации до и после Большого взрыва не были сильно связаны друг с другом. Вселенная до Большого взрыва могла флуктуировать совершенно по-другому, чем это происходило после. Детали данных флуктуаций не пережили отскок. Короче говоря, наша Вселенная обладает трагической забывчивостью — она могла существовать до Большого взрыва, но квантовые эффекты во время отскока стерли практически все следы ее предыстории.

ВМЕСТО БОЛЬШОГО ВЗРЫВА

Определяя ограничения на максимальное количество энергии, которое может быть «упаковано» в пространстве, петлевая квантовая гравитация вместо сингулярности Большого взрыва вводит в рассмотрение так называемый Большой отскок — процесс, который выглядит как начало чего-то, но на самом деле отражает переход из некоего предыдущего состояния. Большой отскок может объяснить расширение ранней Вселенной.

В одном из сценариев Вселенная вечна. В результате направленного внутрь взрыва она достигает максимально возможной плотности (на границе Большого отскока) и снова начинает расширение.

Можно предложить еще одну альтернативную теорию, отличающуюся и от классической гипотезы Большого взрыва, и от теории Большого отскока. До Большого отскока Вселенная могла находиться в практически неизмеримом квантовом состоянии, не являвшимся пространством как таковым, когда что-то послужило толчком к Большому отскоку и к формированию «атомов» пространства-времени. Какая из альтернативных теорий верна — покажет изучение дальнейших деталей эволюции Вселенной, над которыми физики продолжают работать.

Дата добавления: 2015-05-26