86 749 subscribers

Физики считают, что у Вселенной не было начала. А как же Большой взрыв?

52k full reads

Новая теория квантовой гравитации показывает, что, возможно, у нашей Вселенной не было никакого начала и она существовала всегда.

В теории причинных множеств предполагается, что пространство и время разбиты на дискретные куски пространства-времени, что говорит о существовании фундаментальной единицы пространства-времени.

Физики в своей новой работе показали, что вполне вероятно, что у Вселенной не было никакого начала — она могла всегда существовать в бесконечном прошлом и только недавно эволюционировала в то, что мы называем Большим взрывом.

Квантовая гравитация, пожалуй, самая неприятная проблема, с которой сталкивается современная физика. У нас есть две чрезвычайно эффективные теории, описывающие Вселенную: квантовая физика и общая теория относительности.

Физики считают, что у Вселенной не было начала. А как же Большой взрыв?

Квантовая физика успешно описала три из четырёх фундаментальных сил природы (электромагнетизм, слабое взаимодействие и сильное взаимодействие) вплоть до микроскопических масштабов.

Общая теория относительности же, со своей стороны, является самым мощным и полным из когда-либо разработанных описанием гравитации, но при всех своих сильных сторонах ОТО неполна.

По крайней мере в двух конкретных местах во Вселенной математика ОТО просто ломается, не давая надёжных результатов: в центрах чёрных дыр и в начале Вселенной. Эти области называются «сингулярностями», которые являются точками в пространстве-времени, где рушатся наши нынешние законы физики. В пределах обеих этих сингулярностей гравитация становится невероятно сильной в очень малых масштабах длины — это всё, что нам известно.

Физики считают, что у Вселенной не было начала. А как же Большой взрыв?

Для описания сингулярностей нам необходима квантовая теория гравитации. Существует множество претендентов, включая теорию струн и петлевую квантовую гравитацию, но есть один подход, который полностью переписывает наше понимание пространства и времени.

Во всех современных теориях физики пространство и время непрерывны и образуют «ткань», лежащую в основе всей реальности. Теория причинных множеств, переосмысливает пространство-время как серию дискретных фрагментов, или «атомов» пространства-времени., накладывая более строгие ограничения на то, насколько близкими могут быть события в пространстве и времени, поскольку они не могут быть ближе, чем размер «атома».

Самая понятная аналогия здесь — дисплей, посредством которого вы читаете этот текст. Он состоит из пикселей и минимально возможное расстояние между объектами, заполняющими пиксели, равно, собственно одному пикселю.

Интерпретация представления «атомов» пространства-времени, похожих на пиксели дисплея. Фото: oxygen/Getty Images.
Интерпретация представления «атомов» пространства-времени, похожих на пиксели дисплея. Фото: oxygen/Getty Images.

Теория причинных множеств аккуратно устраняет проблему сингулярности Большого взрыва, потому что в ней сингулярностей быть не может. Материя не может сжаться до бесконечно крошечных точек, так как есть минимально возможный размер — один «атом» пространства-времени.

Как выглядит начало нашей Вселенной без сингулярности Большого Взрыва?

Никак. Его не было. Согласно выводам из работы, подразумевается, что Вселенная, возможно, просто всегда существовала, а то, что мы воспринимаем как Большой взрыв, возможно, было просто определённым моментом в эволюции этого всегда существующего причинно-следственного набора, а не истинным началом.

Это пока лишь новая интересная гипотеза. Пока неясно, может ли этот причинно-следственный подход позволить создать физические теории, с которыми мы могли бы работать, чтобы описать сложную эволюцию Вселенной, включая момент, который мы называем Большим взрывом.

Другими словами, это... только начало работы.

1. Препринт статьи.

2. Источник, использованный для публикации.

3. Лучшая визуализация теории относительности с влиянием гравитации и времени, которую я видел.

Подписывайтесь на S&F, канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.