Те, кто пока не готов осилить сложную космологическую литературу и хочет, для начала, приоткрыть для себя эти жутко увлекательные, сложные научные вопросы, добро пожаловать!
Вот здесь-то и кроется, как минимум несколько, крупных научных загадок и мифов вокруг них. О точке, как начале начал, современные физики не говорят. Чтобы лучше понять, откуда взялась эта идея, возьмем кота. Мы измерили насколько быстро растет наш питомец, допустим на один сантиметр в год, затем применяем эту же логику роста, только наоборот: отматываем назад по одному году. В конце концов приходим к тому, что наш вселенский Кузя когда-то был бесконечно малой точкой, из которой, как мы думаем, он и появился. Но это же не так… Хорошо, что мы точно знаем откуда взялся Кузя.
Примерно то же самое происходит в физике с теорией Большого взрыва. Только мы заранее не знаем, с чего же началась Вселенная. Мы отматываем в расчетах время назад. Все известные современной науке уравнения перестают работать, когда мы доходим до самых малых масштабов пространства-времени, которые нам известны – планковские.
В конце концов мы приходим к точке, ее назвали Большим взрывом, но, что это такое было, мы не знаем. Некоторые исследователи считают, что чтобы выяснить, нужна другая - новая Теория квантовой гравитации. А ее пока что у современной науки нет. Так что, строго говоря, убеждение, что все началось из точки - это теоретическая условность, а не установленный факт. У нас пока нет способа описать момент Большого взрыва математически. Зато есть несколько основных гипотез, которые прорабатываются учеными сегодня.
Другая большая загадка о начале всего. Вселенная намного больше, чем должна быть. Давайте вспомним, сколько вообще Вселенной можно увидеть. Видеть, с точки зрения физики, это принимать фотоны, а скорость движения фотонов в вакууме - это максимально возможная скорость для любого сигнала.
Тогда все просто, мы видим столько Вселенной, сколько времени прошло с момента ее появления. Правда же?
Вселенная возрастом 13 800 000 000 лет. Мы должны видеть свет, пришедший от объектов, расположенных не далее 13 800 000 000 световых лет от нас.
GN-z11 - самая далёкая от Земли галактика, которую нам удалось разглядеть. Свет от нее шел до нас 13,4 миллиарда лет. Значит нужны только помощнее телескопы и мы заглянем дальше, и увидим Большой взрыв?
Именно! Но означает ли это, что эта галактика сейчас там же, где была 13,4 миллиарда лет назад? Нет. Самые далекие объекты, что мы наблюдаем в телескопы, находятся на расстоянии 46 миллиардов световых лет от нас. Вот размер видимой сейчас Вселенной. Как такое может быть? Если Вам интересно подробнее про это узнать посмотрите вот это.
Более того, каждый год мы видим все меньше и меньше. Есть наблюдаемые галактики, которые удаляются от нас намного быстрее скорости света. Это означает, что мы уже давно должны были увидеть край Вселенной. Предел, за которым заканчиваются звезды, но этого не происходит. Что не так? Что мы упускаем?
Есть и другая проблема. Судя по научным наблюдениям, Вселенная слишком однородна, то есть, где бы Вы ни находились, вещество во Вселенной будет распределено примерно одинаково, если конечно Вы берете достаточно крупные масштабы. Воображаемый куб со сторонами примерно 260 000 000 световых лет каждая. Это стало очевидно в прошлом веке, когда мы научились ловить древнейшее из видимых нам во Вселенной световое излучение – реликтовое. Если измерить температуру реликтового излучения, приходящего к нам из разных регионов Вселенной, то она везде будет одинаковой - 2,73 Кельвина, то есть выше абсолютного нуля, а значит относительно него Вселенная – теплая, но это плохо вяжется с теорией Большого взрыва.
Повнимательнее присмотримся к реликтовому излучению.
Оно состоит из света, то есть фотонов молодой Вселенной, поэтому может многое рассказать о том времени. Тогда Вселенная была намного горячее, плотнее, чем сегодня, тогда не могли даже образоваться атомы, потому что вся материя была в состоянии плазмы, а свет не может проходить сквозь нее. Когда же Вселенная уже достаточно остыла, плазма стала нейтральным газом. Это момент, когда Вселенная стала прозрачной, свет смог проходить сквозь нее. С тех пор те фотоны так и летят, и это их мы детектируем, когда измеряем реликтовое излучение. И в любой точке космоса, его температура – одинакова.
Но, как так получилось, что энергия древнего фотона из одной части Вселенной, та же, что у его ровесника из совсем другой. Чтобы так получилось после Большого взрыва все эти фотоны пришлось бы, например, перемешать, а это уже похоже на бред, ведь мы видим одно и то же в разных частях Вселенной, которые не связаны между собой.
Что однажды так ускорило Вселенную?
Еще 30 лет назад все три неувязки с теорией Большого взрыва были непроглядной тайной. Сегодня есть ответ, который все странности объясняет, правда он же приводит к новым вопросам. Представим, что после того, как видимая Вселенная была размером с точку, прошла одна дециллионная секунды (дециллион – число с 33 нулями) и в этот момент пространство-время начало расширяться со скоростью, которую даже сложно себе представить. Вот теперь все сходится, все, что мы наблюдаем, прекрасно объясняется такой моделью появления Вселенной «с ускорением».
Эта идея в науке получила название «космологическая инфляция». Инфляционная модель говорит, что само пространство расширялось, горизонт видимой нам Вселенной сильно отстает с тех пор. 13,8 миллиарда лет назад вся наблюдаемая Вселенная была меньше, чем наша сегодняшняя Солнечная система. Мы не знаем, сколько продолжалось инфляция, когда же она закончилась Вселенная продолжила расширяться, но намного медленней. Решает ли инфляционная модель проблему с однородностью Вселенной?
Вполне. Модель показывает, что древнейшие фотоны раньше находились очень близко друг другу до стремительного расширения пространства-времени. Тогда Вселенная была достаточно маленькой, области Вселенной, которые мы наблюдаем сегодня с однородной температурой, когда-то были причинно связаны, когда же случилась инфляция, их разнесло вместе со Вселенной во все стороны.
Казалось бы, все ответы есть и можно идти дальше. Вот только один вопрос, а что же вызвало эту самую инфляцию? Что заставило расширяться пространство-время с таким ускорением пока что – загадка для современной науки. Кто решит, точно получит Нобелевскую премию и войдет в историю
По материалам SciOne.
