Рок-дідусі «Ролінґ Стоунз» вирішили, що через 13,7 млрд років після Великого вибуху треба зробити «Ще більший вибух». Альбом із такою назвою вони випустили у 2005 році. Відповідно до логіки розвитку теорій про створення Всесвіту, наступний альбом Ролінґи можуть назвати: «Ще більший відскік». Бо деякі фізики вважають, що саме з Великого відскоку почалося творення нашого Всесвіту. А Великий вибух стався після відскоку внаслідок гравітаційно-квантових процесів і катастрофічного стиснення.
Все почалося з критики загальної теорії відносності Ейнштейна, за якою Всесвіт з’явився завдяки сингулярності Великого вибуху |див. словничок|, коли матерія сконцентрувалася в одній точці безмежної густини.
Квантова губка
Теорія відносності не могла повністю пояснити творення Всесвіту, бо простір вважався неперервним. Тому в 1950-х у Німеччині з’явилася квантова теорія Буркхарда Хайма, а в 1968-му Габріель Венеціано створив революційну теорію струн, яку в трансформованому вигляді деякі вчені визнають і сьогодні. Нарешті, в 1980-90-х роках Ебхей Ештекар, Карло Ровеллі, Лі Смолін та їх колеги розробили теорію петлевої квантової гравітації. За цією теорією простір-час |див. словничок| не суцільний, а подібний до губки, утвореної крихітними сферичними частинками, які постійно змінюються – як у нашому звичному матеріальному світі, де все складається з атомів. Діаметр квантових «атомів» називають довжиною Планка |див. словничок|. Гіпотетично вона становить близько 10-35 м – значно менше за розміри, які можна реєструвати найсучаснішими приладами.
У великих масштабах динаміка квантової губки підлягає законам теорії відносності. За звичайних умов у нас немає жодного шансу довести існування квантової будови простору-часу, бо вічка губки настільки крихітні, що простір-час здається неперервним. Але якщо простір-час набуває енергії, яка дорівнює енергії Великого вибуху, в його структурі з’являються вічка, і Всесвіт можна сприймати крізь окуляри петлевої гравітації.
Раніше вчені вважали, що внаслідок гравітації речовина під дією власної ваги може стиснутися до стану сингулярності |див. словничок|, як у центрі чорної діри. Але теорія петлевої гравітації дозволяє припустити, що коли густина зростає і з’являються надвисокі енергії, гравітація перетворюється на… силу відштовхування!
Вдалу аналогію цьому придумав один із авторів теорії – Мартін Боджовальд із Інституту гравітації і космосу Пенсильванського університету: «Уявіть, що простір – це губка, а маса і енергія – це вода, яка потрапляє на губку. Пориста структура губки дозволяє затримувати обмежену кількість вологи. Губка, яка набрякла повністю, не здатна вбирати рідину, вона віддає її назад». Схожі процеси відбуваються в атомарному квантовому світі, що має пористу структуру і може ввібрати лише певну кількість енергії. Коли густина енергії стає надто великою, починають працювати сили відштовхування.
Забудькуватий Всесвіт
Фізики припускають, що в речовини раннього Всесвіту була дуже велика, але кінцева густина – тисяча мільярдів сонць у кожному об’ємі радіуса протона. Тут гравітацію раптом «перемкнуло» – вона перетворилася на силу відштовхування й спричинила прискорений рух, який назвали Великим відскоком (англ. Big Bounce). Математичне моделювання відскоку здійснили Ебхей Ештекар, Томаш Павловскі й Парампріт Сінгх із Пенсильванського університету.
Коли гравітація діяла як сила відштовхування, простір збільшувався, а потім, зі зменшенням густини, гравітаційні сили перетворилися на відомі нам сили тяжіння.
Для опису прискорення під час розширення раннього Всесвіту вчені застосовують термін «космологічна інфляція» |див. словничок|. Разом зі збільшенням Всесвіту сили, які керують інфляцією, поступово зменшуються. Коли прискорення закінчується, надлишок енергії перетворюється на звичайну матерію, яка починає заповнювати Всесвіт. Цей процес назвали рехітингом – повторним нагріванням. У петлевій квантовій космології інфляція природно витікає з атомарності простору-часу.
Вчені змоделювали симетричний простір-час і дуже спростили вихідні умови. В результаті виявилося, що Всесвіт до відскоку був схожим на наш Всесвіт – у ньому діяла теорія відносності, було безліч зірок і галактик. Фізики раділи: тепер за аналогією можна здогадатися, що відбувалося в попередньому Всесвіті. Це як відтворити траєкторію руху двох більярдних кульок до зіткнення, аналізуючи їхній шлях після зіткнення – для цього нам не треба знати деталі зіткнення на атомарному рівні.
Але коли вчені ускладнили моделювання, виявилося, що всесвітній відскік зовсім не такий, як більярдний. Навіть якщо старий Всесвіт був схожий на наш, він пережив дуже довгий період флуктуації |див. словничок| густини енергії та матерії, внаслідок чого все хаотично перемішалося.
Флуктуації до і після Великого вибуху не були взаємопов’язані. Тобто Всесвіт до вибуху міг змінюватися зовсім інакше, ніж після. Боджовальд назвав цей ефект «трагічною забудькуватістю Всесвіту». Квантові ефекти під час відскоку стерли всі сліди.
Крім того, вчені Пенсильванського університету встановили, що простір-час до Великого відскоку був дзеркальним відображенням простору-часу теперішнього Всесвіту. Для візуалізації вони пропонують уявити повітряну гумову кульку, що здувається. Досягнувши мінімального розміру, кулька (себто Всесвіт) раптом вивертається навиворіт і починає роздуватися. Тепер усе, що було всередині, знаходиться ззовні й постійно збільшується.
Космологія = теологія?
Габріель Венеціано та його колеги кажуть, що наукові теорії все більше нагадують погляди християнських богословів і мудреців давніх цивілізацій. Наприклад, за одним сценарієм Всесвіт – вічний, у ньому постійно відбуваються розширення, стиснення, відскоки й вибухи. Інший сценарій припускає, що до Великого відскоку Всесвіт перебував у такому квантовому стані, який у принципі неможливо виміряти, він узагалі не є простором, тож до утворення нашого Всесвіту не було нічого. Але в певний момент щось загадкове викликало відскік та формування «атомів» простору-часу.
Аристотель відкидав ідею початку, пояснюючи це тим, що з нічого ніщо не виникає. Оскільки Всесвіт не міг виникнути з небуття, значить, він існував завжди. Отже, час повинен безкінечно продовжуватися в минуле й у майбутнє. Блаженний Августин писав, що Бог існує поза простором і часом і може створювати їх так само, як і інші аспекти нашого світу. На запитання «Що Бог робив до створення світу?» теолог відповідав: «Час сам є частиною Божого творіння, просто не було ніякого «раніше!».
[1145]
СЛОВНИЧОК
Великий вибух (англ. Big Bang) – космологічна теорія, що пояснює витоки та розширення Всесвіту, а також склад та композицію первісної матерії. Всесвіт виник 13,73 ± 0,12 млрд років тому (дані НАСА) з сингулярного стану, що мав температуру близько 1032 K (температура Планка) і густину 1093 г/см3 (густина Планка). З того часу Всесвіт постійно розширюється й охолоджується.
Довжина Планка – фізична стала, що складається з фундаментальних сталих: гравітаційної сталої, сталої Планка й швидкості світла. Довжина Планка становить приблизно 1,6×10-35 м, це на 20 порядків менше за розмір атомного ядра.
Інфляція Всесвіту (від англ. inflation – розширення, роздуття) – гіпотеза про фізичний стан і закон розширення Всесвіту на ранній стадії Великого вибуху. Це експоненційне розширення Всесвіту, що виникло приблизно через 10–35 секунд після приходу епохи Планка.
Простір-час – фізико-математична модель, яка доповнює простір часовим виміром, створюючи нову теоретико-фізичну конструкцію – просторово-часовий інтервал, континуум. За теорією відносності, Всесвіт має три просторові й один часовий виміри.
Сингулярність – точка простору, яка містить безмежну (або дуже-дуже велику) кількість енергії чи матерії. Космологічна сингулярність – гіпотетичний стан Всесвіту в початковий момент Великого вибуху, що характеризується безмежною густиною і температурою речовини.
Флуктуація – випадкове відхилення значення фізичної величини від середнього в певній частині простору чи в певний момент часу.