24 035 subscribers

Модель Циклической Вселенной бросает вызов Большому взрыву

3,4k full reads
7,3k story viewsUnique page visitors
3,4k read the story to the endThat's 47% of the total page views
5 minutes — average reading time
Модель Циклической Вселенной бросает вызов Большому взрыву

Теория Большого взрыва является на данный момент общепринятой космологической моделью, описывающей рождение Вселенной. Она гласит о том, что около 13,7 млрд лет назад Вселенная находилась в сингулярном состоянии, а затем по неведомым причинам что-то пошло не так, и произошёл тот самый взрыв – Вселенная начала расширяться, и это расширение продолжается и по сей день, и, в связи со своим расширением, она постепенно остывает. Сингулярность – экстремальное состояние физического вакуума, порождённого квантовой флуктуацией. В этот момент в точке сингулярности не было ничего – ни времени, ни пространства, а все фундаментальные физические взаимодействия были слиты воедино, да и известные нам законы физики не работали. После Большого взрыва фундаментальные взаимодействия разделились и стали самостоятельными – сначала – гравитация, затем сильное взаимодействие, потом слабое и уже после - электромагнитное. Когда сила тяготения обрела независимость, началось течение времени. Но сейчас не об этом. Теория Большого взрыва многое объясняет и не противоречит экспериментальным данным, хотя и является неидеальной. Всё же с этой гипотезой не все согласны, и многие учёные склоняются к другой версии – модели Циклической Вселенной.

Модель Большого взрыва
Модель Большого взрыва
Модель Большого взрыва

Теорию Циклической Вселенной разработали физики-теоретики из Принстонского университета Пол Стейнхардт и Нил Тьюрок в 2001 году. Строится эта теория, в свою очередь, на М-Теории – самой «продвинутой» версии теории струн. Она утверждает, что физический мир имеет 11 измерений. Напомню, что мы знаем только 4 – три пространственных (длина, ширина, высота) и ещё одно – время. В М-Теории описывается, что в пространстве есть 10 пространственных измерений, и одно временное. Сразу же возникает вопрос: это как?

Начнём с самого начала. Нулевое измерение — это точка, у которой нет размеров. Двигаться некуда, никаких координат для обозначения местонахождения в таком измерении не нужно.

Модель Циклической Вселенной бросает вызов Большому взрыву

Теперь поставим рядом с первой точкой вторую и проведём через них линию. Получилось первое измерение. У одномерного объекта есть только один размер — длина. Движение в рамках одномерного пространства очень ограничено, ведь возникшее на пути препятствие не обойдёшь. Двигаться можно только «туда-сюда». Чтобы определить местонахождение на этом отрезке, понадобится всего лишь одна координата.

Модель Циклической Вселенной бросает вызов Большому взрыву

Следующий наш шаг - поставить рядом с только что нарисованным отрезком точку. Чтобы уместить оба эти объекта, нам потребуется уже двумерное пространство, обладающее длиной и шириной – скажем, лист бумаги, то есть, площадью, однако без глубины, то есть, без объёма. Расположение любой точки на этом поле определяется двумя координатами.

Модель Циклической Вселенной бросает вызов Большому взрыву

Третье измерение возникает, когда мы добавляем к этой системе третью ось координат. Нам, жителям трёхмерной Вселенной, очень легко это представить.

Модель Циклической Вселенной бросает вызов Большому взрыву
Житель двумерного пространства
Житель двумерного пространства
Житель двумерного пространства

Живём мы в четырёхмерном измерении. По крайней мере, мы к этому привыкли, ведь, договариваясь о встрече с другом, вы укажете и место встречи, и время.

Современные теории гласят, что гравитация искривляет пространство-время. Искривляет, но куда и во что? Точно ни в одно из знакомых нам измерений. До какой степени искривляют пространство-время чёрные дыры? Есть ли предел? А что, если все эти и другие загадки современной науки объясняются тем, что геометрия пространства совсем не такая, какой мы привыкли её воспринимать?

Модель Циклической Вселенной бросает вызов Большому взрыву

В нашем пространстве в привычном для нас понимании находятся другие пространства – браны. Наша Вселенная – одна из таких бран, в которой есть три пространственных измерения. Её заполняет множество частиц – электроны, кварки, фотоны, которые на самом деле выглядят не как «шарики», а как разомкнутые вибрирующие струны только лишь с одним пространственным измерением – длиной. Концы каждой струны закреплены внутри трёхмерной браны так, что покинуть её струна не может (подобно струнам, натянутым на гриф гитары). Помимо таких «пленных» струн есть и замкнутые струны, похожие на кольца. Они ни к чему не прикрепляются, они свободные и могут путешествовать за пределы бран – к ним относятся гравитоны – кванты поля тяготения, переносчики гравитационного взаимодействия.

Если вы поняли вышеописанное, то теперь можно попробовать разобраться в том, как Циклическая модель Вселенной объясняет её прошлое и будущее. Учёные считают, что во Вселенной существует некая невидимая тёмная энергия, которая заставляет нашу Вселенную расширяться, и ещё эта сила расталкивает друг от друга всю материю, например, галактики «разбегаются», с каждым годом всё дальше и дальше разлетаясь в разные стороны. Размер самой Вселенной из-за влияния тёмной энергии всё время увеличивается. Плотность материи постоянно падает, гравитационное искривление пространства ослабевает, а его геометрия становится всё более плоской. Когда тёмная энергия станет полностью доминантной и «растолкает» всё настолько, что победит гравитацию, материя больше не сможет объединяться, звёзды и галактики перестанут формироваться, и весь мир погрузится во тьму. Но произойдёт это ещё не скоро – не раньше, чем через 30 млрд лет, по подсчётам учёных, поэтому мы пока можем жить и радоваться!

Модель Циклической Вселенной бросает вызов Большому взрыву

В концепции Циклической модели Вселенной на основе теории бран предполагается, что параллельно нашей трёхмерной бране может существовать другая трёхмерная брана, и между ними действует сила гравитационного притяжения. Энергия гравитационного взаимодействия между бранами порождает явление тёмной энергии в каждой из бран, заставляя их бесконечно расширяться. Гравитационное притяжение заставляет браны притягиваться друг к другу, в результате чего они сталкиваются и отскакивают друг от друга. Однако сила притяжения замедляет скорость их удаления и заставляет их снова приближаться друг к другу и сталкиваться, что приводит к бесконечным повторениям цикла притяжений, столкновений и отскоков. Каждое столкновение приводит к порождению в каждой бране сверхплотной и горячей материи — именно в таком состоянии, в каком она была в момент Большого Взрыва. В ходе дальнейшего расширения браны эта материя остывает и проходит через весь этап известной нам космологической эволюции с образованием галактик, звёзд, планет и, возможно, жизни. И весь этот цикл повторяется снова и снова, и так, возможно, до бесконечности.

Модель Циклической Вселенной бросает вызов Большому взрыву

Повторение циклов происходит не за счёт смены расширения и сжатия пространства самой браны (Вселенной), а за счёт расширения и сжатия пространства между бранами в дополнительном измерении. Само же пространство браны всегда только расширяется. При этом, хотя полная энтропия внутри каждой браны всё время возрастает, вследствие бесконечного расширения бран её плотность уменьшается и к началу каждого следующего цикла достигает почти нулевого значения, то есть происходит полный возврат к начальному состоянию. Это обеспечивает механизм «сброса» энтропии в каждом цикле. Такая модель не противоречит теории Мультивселенной, в которой разные вселенные разнесены во времени. Здесь же работает и закон сохранения энергии. До нашей Вселенной, до начала того самого состояния, когда всё началось с нуля, или, как мы говорим, от Большого взрыва, тоже существовала Вселенная.

Модель Циклической Вселенной бросает вызов Большому взрыву

Теория Циклической Вселенной интересна и необычна, и самый главный вопрос: если она действительно верна, то с чего же вообще начались все эти бесконечные циклы?..

Читайте также:

Теория Большого взрыва

Теории происхождения Вселенной

Общий обзор фундаментальных взаимодействий

Электромагнитное взаимодействие

Слабое взаимодействие не такое уж и слабое

Сильное взаимодействие

Гравитационное взаимодействие

Как гравитация замедляет время?

Подборка самых далёких объектов во Вселенной

Природа вселенской пустоты: что такое вакуум?

Как работает квантовый телепорт?

Пятое фундаментальное взаимодействие