Как зародилась Вселенная?

Возможно, это величайшая Великая Тайна и корень всех остальных. Величайшие вопросы человечества — как зародилась жизнь? Что такое сознание? Что такое темная материя, темная энергия, гравитация? — исходить из него.

«Все остальные загадки связаны с этим вопросом», — сказала Энн Друян, автор и вдова астронома Карла Сагана. «Для меня это важно, потому что я человек и не люблю незнания».

Даже по мере того, как теории, пытающиеся разгадать эту загадку, становятся все более сложными, ученых преследует возможность того, что некоторые из наиболее важных звеньев в их цепочке рассуждений ошибочны.

Фундаментальные тайны

Согласно стандартной модели Большого взрыва, Вселенная родилась в период инфляции, начавшейся около 13,8 миллиардов лет назад. Подобно быстро расширяющемуся воздушному шару, он раздулся от размеров, меньших размера электрона, до почти своих нынешних размеров за крохотную долю секунды.

Изначально Вселенная была пронизана только энергией. Часть этой энергии застыла в частицы, которые собрались в легкие атомы, такие как водород и гелий. Эти атомы сгустились сначала в галактики, затем в звезды, в огненных печах которых были выкованы все остальные элементы.

Это общепринятая картина происхождения нашей Вселенной, как ее изображают ученые. Это мощная модель, которая объясняет многие вещи, которые ученые видят, когда смотрят в небо, например поразительную гладкость пространства-времени в больших масштабах и равномерное распределение галактик по противоположным сторонам Вселенной.

Но есть в этой истории вещи, которые беспокоят некоторых ученых. Начнем с того, что идея о том, что Вселенная претерпела период быстрой инфляции в начале своей истории, не может быть напрямую проверена, и она опирается на существование таинственной формы энергии в начале Вселенной, которая давно исчезла.

«Инфляция — чрезвычайно мощная теория, и все же мы до сих пор не знаем, что вызвало инфляцию и является ли она вообще правильной теорией, хотя она работает очень хорошо», — сказал Эрик Агол, астрофизик из Вашингтонского университета.

Для некоторых ученых инфляция является неуклюжим дополнением к модели Большого взрыва, необходимой сложностью, добавленной для того, чтобы она соответствовала наблюдениям. Это будет не последнее дополнение.

«Мы также узнали, что во Вселенной должна быть темная материя, а теперь и темная энергия», — сказал Пол Стейнхардт, физик-теоретик из Принстонского университета. «Итак, модель работает сегодня так: вы говорите: «Хорошо, вы берете немного Большого взрыва, берете немного инфляции, настраиваете это так, чтобы оно имело следующие свойства, затем добавляете определенное количество темной материи и темной энергии». Эти вещи не связаны последовательной теорией».

Стейнхардт беспокоится, что космологи действуют больше как инженеры, чем ученые. Если наблюдение не соответствует текущей модели, они присоединяют другой компонент или переделывают существующие, чтобы они соответствовали. Компоненты не связаны, и нет причин их добавлять, кроме как для сопоставления наблюдений. Это все равно, что пытаться починить старую машину, добавляя новые детали от более новых, но других моделей. Эти части могут работать в краткосрочной перспективе, но в конечном итоге вам понадобится новая машина.

Нестареющая вселенная

В последние годы Стейнхардт работал с Анной Иджас, физиком-теоретиком из Гарвардского университета, над радикальной альтернативой стандартной модели Большого взрыва.

Согласно их идее, называемой прыгающей космологией, Вселенная рождалась не один раз, а, возможно, несколько раз в бесконечных циклах сжатия и расширения.Теория заменяет «большой взрыв» «большим отскоком», который плавно связывает периоды сжатия и расширения Вселенной и решает многие вопросы, которые преследуют теорию инфляции.

Пара утверждает, что их экпиротическая или «циклическая» теория могла бы объяснить не только инфляцию, но и другие космические загадки, включая темную материю, темную энергию и то, почему Вселенная расширяется с постоянно ускоряющейся скоростью. [18 величайших неразгаданных тайн физики]

Несмотря на споры, прыгающая космология повышает вероятность того, что Вселенная не имеет возраста и самообновляется. Это перспектива, возможно, еще более внушающая трепет, чем вселенная с определенным началом и концом, поскольку это означало бы, что звезды на небе, даже самые старые, подобны недолговечным светлячкам в великой схеме вещей.

«Я хотел бы надеяться, что усилия, которые общество вкладывает в научные исследования, приближают нас к фундаментальным истинам, а не просто к созданию полезных инструментов», — сказал астроном Калифорнийского технологического института Ричард Мэсси. «Но я в равной степени боюсь обнаружить, что все, что я знаю, неверно, и втайне надеюсь, что это не так».

Дополнительные ресурсы:

• Прочтите стенограмму лекции Стивена Хокинга «Начало времени».
• Посмотрите, как физик Том Уинти объясняет новичкам происхождение Вселенной.
• Посмотрите это видео от National Geographic о происхождении Вселенной.

Эта статья была обновлена ​​27 июня 2019 г. автором Live Science Тимом Чайлдерсом.