До Большого взрыва ничего не было. Только инфляция

Галактика, имеющая возраст около 480 миллионов лет и область охвата Хаббла при исследовании глубоко во Вселенной (space.com)

Наша Вселенная родилась около 13.7 миллиардов лет назад. Практически все физики и космологи в настоящее время принимают теорию Большого Взрыва как модель того, что происходило на самом раннем этапе ее образования. У нее есть немало подтверждений. Например, Вселенная расширяется до сих пор, причем с ускорением, а со времен Большого Взрыва в космосе осталось реликтовое излучение. И мы пока не видели объектов, более старых, чем 13.7 миллиардов лет.

«Все это делает теорию Большого взрыва очень надежной, – говорит Алексей Филиппенко, физик из Университета Калифорнии в Беркли. – Это невероятно успешная теория».

Классическая теория Большого взрыва указывает на начальный момент времени как на сингулярность. В некой точке существовала материя с бесконечной плотностью и температурой. Но все не так просто, потому что это сингулярное состояние нужно рассматривать с точки зрения теории гравитации Эйнштейна. Нам пока этого не понять. Ученые считают, что нам подвластно для осмысления время, начиная примерно с момента через одну миллиардную миллиардных миллиардных долей секунды. В это время Вселенная расширялась со скоростью больше скорости света.

Хронология Вселенной согласно инфляционной модели (space.com)

Эта модель, называемая инфляционной, на первый взгляд находится в противоречии со специальной теорией относительности. Ведь никакая информация или материя не может перемещаться между двумя точками пространства со скоростью, большей скорости света. Но во время Большого взрыва перемещалось само пространство.

В этой быстро расширяющейся Вселенной было мало материи, зато много темной энергии. Но постепенно эта темная энергия превратилась в материю в ходе нагрева. Во время расширения Вселенная охладилась, а после его окончания вернулась к высокой температуре в ходе превращения темной энергии в материю.

Инфляционная модель имеет много сторонников, заменив теорию горячей Вселенной на посту стандартной космологической модели. Но ученые постоянно предлагают новые модели, стараясь улучшить, исправить или заменить старую. К таким попыткам относится, например, экпиротическая теория. Эта теория заглядывает даже дальше Большого взрыва. Согласно ей, расширение началось не из одной сингулярной точки, но из области пространства, в которую сжалась другая Вселенная. Если эта теория верна, то Вселенная постоянно претерпевает такие сжатия и расширения.

Циклическая модель, связанная с экпиротической гипотезой, утверждает, что наша Вселенная имеет 11 измерений, из которых нам доступны лишь 4. Кроме нашей четырехмерной Вселенной существуют и другие, движущиеся в 11 измерениях. Их столкновения и приводят к расширению или сжатию.

Однако, противостояние этих двух моделей вскоре должно закончиться. По словам Филиппенко, инфляционная модель утверждает существование более мощных гравитационных волн. Так что осталось лишь найти эти искривления пространства-времени. Сейчас этим занимается зонд Planck Европейского космического агентства.

По мнению ученых, до Большого взрыва не только не было обычной материи, но и четырех фундаментальных взаимодействий. Вместо этого существовала одна сила, объединяющая их свойства. Но с началом расширения сильное взаимодействие отделилось, а вскоре его примеру последовали слабое и электромагнитное. Через 1 микросекунду начальная плазма остыла достаточно, чтобы появились первые протоны и нейтроны. Через три минуты начался синтез, в ходе которого сначала появился дейтерий, а затем гелий-4.

Все эти атомы были положительно заряжены, так как температура Вселенной все еще была слишком велика для захвата электронов. Ситуация изменилась через 380000 лет после Большого взрыва. Начался процесс рекомбинации. Вселенная стала проницаемой для света, так как он намного сильнее рассеивается электронами и протонами, чем нейтральными атомами. С этого момента появляется реликтовое излучение.

Фотокластер возрастом около 1 миллиарда лет (space.com)

Вселенная все еще была темна, и только через 300 миллионов лет после Большого взрыва появились первые звезды. Они начали обратный процесс: мощное излучение разрушало атомы на протоны и электроны. Но Вселенная уже была достаточно большой, так что рассеяние света протонами и нейтронами – слишком редкое явление, чтобы сделать Вселенную непроницаемой для света.

Если вопрос о том, что происходило в первые доли секунды после Большого взрыва остается нерешенным окончательно, судьба Вселенной до него прямо-таки окутана тайной. Для большинства космологов, правда, такой вопрос не может быть поставлен вовсе. Если Вселенная образовалась из ничего, из сингулярной точки, то и время началось лишь в момент Большого взрыва. До него ничего не было.

Но пока окончательная точка в космологических спорах не поставлена, нельзя сбрасывать со счетов теории, предполагающие что-то и до Большого взрыва. Один из примеров такой теории – циклическая модель. Кроме того, можно предположить, что до взрыва существовало пустое пространство, а Вселенной дала начала квантовая флуктуация. Небольшая добавка энергии в пустоту могла привести к образованию нашей Вселенной. «Я считаю, что время нашей Вселенной началось в момент Большого взрыва, но вместе с тем полагаю, что сама наша Вселенная – результат флуктуации в предшествующей Вселенной», – говорит Филиппенко.

Физики неустанно работают над новыми и старыми космологическими моделями, стараясь углубиться все дальше и подобраться все ближе к моменту Большого взрыва или увидеть то, что мы знаем, точнее. Но сможем ли мы когда-нибудь с уверенностью сказать, что все произошло так, а не иначе?

Реликтовое излучение на всем небе (space.com)

Это непростой вопрос, особенно при работе с событием, имевшим место 13.7 миллиарда лет назад. Но ведь всего столетие назад люди почти ничего не знали о рождении Вселенной, не знали квантовой механики и теории относительности. Не знали мы и о расширении Вселенной. Теперь нам все это известно, и развитие науки не замедляется. Остается только ждать, когда мы окончательно разберемся что было во время и до Большого взрыва.