Предпосылки возникновения альтернативных теорий
Теория возникновения мироздания интересует человечество с незапамятных времен. Основными теориями происхождения Вселенной являются две: в одной Вселенная возникает в одном месте творения, в другой – Вселенная является вечной и состоит из бесконечного количества циклов.
На современном этапе сильной поддержкой у космологов пользуется теория Большого взрыва, которая является стандартной темой учебников и телепередач. Теория вечной Вселенной пользовалась поддержкой приблизительно сотню лет назад, однако астрономы установили, что космос расширяется, и эта теория потеряла поддержку.
Самой популярной версией современной теории зарождения Вселенной считается, что Большой взрыв начался с момента космической инфляции, в ходе которого произошел мощный всплеск энергии и в результате бесконечно малая точка пространства расширилась до огромного плоского космоса, который с того момента и до сих пор продолжает расширяться.
Несмотря на то, что теория инфляции дает ответы на многие вопросы и воспроизводит многие детали космоса, у нее есть существенный недостаток. Он заключается в том, что теория инфляции не дает объяснения, что предшествовало ей и что было до момента, когда Вселенная из сингулярной точки стала расширяться.
В связи с этим в последние несколько лет ученые стали задумываться над возможной альтернативной версией происхождения Вселенной.
Теория большого отскока
Существует предположение, что Большой взрыв на самом деле мог быть Большим отскоком. Ряд ученых предполагает, что Вселенная расширяется и сжимается, и каждый раз, сжимаясь до определенного размера, отскакивает. Другие ученые считают, что отскок космоса случился всего лишь однажды, и до этого момента космос сжимался бесконечно долгое время и так же бесконечно долго будет идти процесс расширения. В каждой модели течение времени в прошлое и будущее считается бесконечным.
Возможно, современная наука сможет решить этот вечный вопрос. Одновременно несколько групп ученых добились больших успехов в этой сфере, когда физики определили два новых возможных варианта отскока.
В 2001 году Штенхардт совместно с еще тремя космологами предположили, что период медленного сжатия Вселенной возможно объясняет ее гладкость и плоскость, даже после отскока.
Необъяснимым фактом является то, что ни одна область не содержит больше материи, чем любая другая. Удивительно и то, что пространство на том расстоянии, которое способны уловить телескопы, настолько плоское и гладкое. Космос является однородным, а это возможно лишь в том случае, когда он имеет равную плотность всюду. Однако, в процессе расширения из малых размеров, материя и энергия должны были бы искажать пространство и время и комковаться. Отсюда возникает еще один вопрос – почему телескопы не видят разрушенную гравитацией Вселенную.
Приверженцы теории Большого отскока считают, что в данной модели периода инфляции не существует. Вместо него есть период сжатия перед Большим взрывом, что позволяет дать объяснение однородности Вселенной.
Первые модели сжимающейся Вселенной были недостаточно понятными и неточными, ученые пришли к выводу о справедливости основной идеи, которая заключалась в том, что медленное сжатие способно дать объяснение многим особенностям расширяющейся Вселенной.
Британские ученые Р. Пенроуз и С.Хокинг доказали теоремы сингулярности, которые показывают, что в общих условиях процесс сжатия материи и энергии приведет к возникновению неизмеримо плотной точки – сингулярности. В этих теоремах есть недостаток: как сжимающаяся вселенная избегает коллапса до точки сингулярности, в которой классическая теория гравитации перестает действовать и в силу вступают законы квантовой гравитации. Возникает вопрос, каким образом Вселенная избегает судьбы звезды, которая сжимается в точку и превращается в черную дыру.
Причем такой недостаток в теоремах о сингулярности используется в обеих моделях отскока. Отскоки возможны в том случае, если Вселенная содержит вещество с отрицательной энергией, которая оказывала бы противодействие гравитации. Все попытки ученых использовать это в своих исследованиях приводили к тому, что добавление новых ингредиентов с отрицательной энергией делает модели Вселенной нестабильными. В 2016 году российским ученым В.Рубаковым была доказана теорема, которая исключила большой класс механизмов отскока. Затем Идджас нашла механизм отскока, способный обойти это исключение. Ее работа была вполне удачной попыткой создания модели Вселенной, способной объяснить необъяснимые до этого явления.
Кроме теории отскока, существуют теории, альтернативные Большому взрыву.
Теория струн, теория бран, циклическая теория как альтернативы теории инфляции
Идея, объединяющая теорию струн, теорию бран и циклическую теорию возникновения Вселенной, заключается в том, что все начальные значения, необходимые для зарождения Вселенной, формируются до начала Большого взрыва.
Теория струн предполагает необходимость добавления в четырехмерное пространство-время еще несколько измерений. Такие измерения, согласно теории струн, сейчас находятся в компактном состоянии, но на раннем этапе возникновения Вселенной они играли бы важную роль.
Компактифицированность таких измерений объясняется тем, что суперструнам присуща Т-дуальность, поэтому такая струна наматывается на измерения, чем ограничивает их размер.
Теория бран, или иначе М-теория, предполагает, что зарождение началом всему является холодное статичное пятимерное пространство-время. Четыре измерения пространства ограничиваются три-бранами, одна из которых – это пространство, в котором живем мы, вторая брана является скрытой от восприятия, а третья расположена где-то между двумя другими бранами в четырехмерном пространстве. Если верить этой теории, то в результате столкновения третьей браны с первой образуется большое количество энергии, что создает необходимые условия для Большого взрыва.
Циклические теории предполагают, что Большой взрыв – это ни что иное, как переход Вселенной из одного состояния в другое. Проблемой циклических теорий является второй закон термодинамики, который гласит, что энтропия может только возрастать. Это означает, что предшествующие циклы были гораздо короче, а значит вещество в них было намного горячее, нежели в момент последнего Большого взрыва. Такое предположение является маловероятным. В современной науке разработано две циклические теории:
- теория Стенхардта-Тюрока;
- теория Баум-Фрэмптона.
Кроме вышеперечисленных теорий, которые пытаются найти объяснение феномену возникновения Вселенной и ее эволюции, существует еще множество моделей. Как видно, основным теориям – Большому взрыву и теории инфляции противопоставлено несколько альтернативных теорий, который имеют свои преимущества и свои недостатки. Однако единой теории, способной ответь на все вопросы касательно зарождения мироздания, и способных воссоздать процесс эволюции Вселенной, предсказать ее будущее, на данный момент времени не существует.
