Теорія Великого вибуху: якщо ніщо не існувало, то як із нічого виник Всесвіт

Деякі астрофізики вважають, що, коли згасне остання зірка у Всесвіті, то в ньому не залишиться світла та почнеться довга темна епоха. Зрештою всю матерію поглинуть чорні діри, які також випаровуватимуться. Залишиться лише величезний холодний темний порожній простір. Деякі космологи вважають, що попередній Всесвіт міг бути джерелом Великого вибуху, який створив наш Усесвіт. Про те, як із нічого виник Великий вибух, а потім уся наша реальність, розповідає Аластер Вілсон із Бірмінгемського університету, що у Великій Британії, пише IFLScience.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Великий вибух і стабільна матерія

Вважається, що стабільної матерії, яка б складалася з атомів чи молекул, не існувало ні під час Великого вибуху, ні через сотні тисяч років після нього. Перші атоми утворилися з простіших частинок, коли Всесвіт охолов, і пізніше вони стали відомими хімічними елементами.

Першими частинками матерії були протони та нейтрони, які утворюють ядро атомів. Вони виникли приблизно через одну десятитисячну частку секунди після Великого вибуху. До цього справді не було звичної для нас стабільної матерії.

На самому початку весь фізичний світ складався із суміші короткоживучих елементарних частинок, включно з кварками, які є основою нейтронів і протонів. І матерія, і антиматерія існували приблизно в рівних кількостях, але їхні частинки під час зустрічі знищуються, а це означає, що ці частинки постійно створювалися та знищувалися.

Але як узагалі з'явилися ці частинки? Згідно з квантовою теорією, навіть вакуум, який відповідає порожньому простору-часу, наповнений коливаннями енергії. Ці коливання можуть призвести до появи частинок, які невдовзі після цього зникнуть. Тобто вакуум простору-часу наповнений частинками, які постійно створюються та знищуються, мабуть, із нічого. Але, можливо, насправді квантовий вакуум є чимось, а не нічим.

Мультивсесвіт і цикли Всесвіту

Щоб по-справжньому відповісти на запитання, як щось могло виникнути з нічого, нам потрібно пояснити квантовий стан Усесвіту на самому його початку. Цей стан можна пояснити наявністю, наприклад, мультивсесвіту або циклічними моделями Всесвіту, який помирає та народжується знову.

Наприклад, фізик Роджер Пенроуз запропонував модель циклічного Всесвіту під назвою конформна циклічна космологія. На створення цієї моделі вченого надихнув математичний зв'язок між дуже гарячим, щільним і маленьким станом Усесвіту під час Великого вибуху та надзвичайно холодним, порожнім і розширеним станом Усесвіту в дуже далекому майбутньому. Теорія полягає в тому, що ці стани стають математично ідентичними, якщо дійти до їхніх меж. Як не парадоксально, але повна відсутність матерії могла породити всю матерію, яку ми бачимо в Усесвіті.

Тобто Великий вибух виник майже з нічого. Це те, що залишилося, коли вся матерія в Усесвіті була поглинута чорними дірами, які, зі свого боку, перетворилися на фотони. Отже, увесь Всесвіт виникає з чогось, що, з фізичної точки зору, настільки близько, наскільки це взагалі можливо, до нічого. Але це ніщо, як і раніше, є свого роду чимось. Це все ще фізичний Всесвіт, хоча й порожній.

Конформна циклічна космологія пропонує деякі відповіді на питання про те, звідки стався Великий вибух. Але навіть якщо це буде підтверджено спостереженнями, усе одно немає відповіді на питання, звідки взялася сама фізична реальність. Як виникла циклічність у Всесвіті?

Є три варіанти відповіді на запитання про те, як почалися цикли. Це може не мати взагалі жодного фізичного пояснення. Або можуть існувати нескінченно повторювані цикли, кожен з яких являє собою окремий Всесвіт, водночас початковий квантовий стан кожного Всесвіту пояснюється якоюсь особливістю попереднього Всесвіту. Або може існувати один єдиний цикл і один повторюваний Всесвіт, початок якого пояснюється якоюсь особливістю його власного кінця.

Можливо, фізична реальність складається з одного повторюваного циклу, коли виникає Великий вибух, потім Усесвіт спустошується, і потім усе повторюється знову. Це узгоджується з деякими теоріями, що виходять із квантової механіки. Хоча, з іншого боку, існування квантового мультивсесвіту також може мати місце, і відбувається вічне народження все нових і нових реальностей у повторюваному циклі.

Як уже писав Фокус, учені з'ясували, звідки в Чумацького Шляху з'явилася перемичка.