Почему Вселенная не может быть циклической? Части 1 и 2: Очарование вечности и неловкий триумф инфляции

Разве не было бы замечательно, если бы Вселенная существовала всегда? Честно говоря, я люблю теорию Большого взрыва. В ней много драмы, отличного действия и грандиозная центральная тайна — сингулярность в самом начале всего. Но эта теория одновременно и глубоко раздражает. Как именно всё произошло? Что такое инфляция на самом деле? И почему она выключилась именно в тот момент?

Есть особая теплота в мысли о циклической Вселенной, которая просто всегда была. Даже если она повторяется. Даже если движется по кругу. Возможно, текущая версия космоса не очень удачна, но это не страшно. Ведь будет ещё один шанс. Конечно, следующего цикла придётся ждать триллионы лет. Однако важно то, что он наступит. Прошлое тоже тянется бесконечно. Поколения звёзд зажигаются и гаснут в бесконечном великом колесе.

Теория Большого взрыва не даёт нам такого утешения. В ней царит жестокая линейность. Это единственный шанс Вселенной. Она родилась, уже миновала свои лучшие времена. Дальше — только расширение в холодную пустоту. Никакого «биса». Никакого второго акта. Только долгое угасание.

Проблема энтропии: почему циклическая Вселенная не работает

Первым, кто серьёзно попытался вернуть космологию к круговороту, был Ричард Толмен. Он работал ещё в 1930-х годах. Толмен представил Вселенную, где Большие взрывы сменяются Большими сжатиями (Big Crunch). Космос расширяется, замедляется, а затем падает обратно в себя. Он сжимается до чего-то невероятно плотного. А затем отскакивает обратно в новое расширение. Снова и снова. Вечно. Без первого цикла и без последнего.

Однако эта красивая картина разваливается почти сразу. Причина — энтропия, и она преследует любую циклическую Вселенную.

Энтропия — это мера беспорядка. В физике она только растёт. Она не сбрасывается сама по себе. Каждый новый цикл вынужден наследовать весь накопленный «мусор» от предыдущего. Каждый отскок начинается грязнее, чем прошлый. Это значит, что каждый следующий цикл длится дольше и становится больше.

А теперь представьте этот фильм в обратную сторону. Циклы становятся короче, меньше и опрятнее. Пока неизбежно не приходят к первому циклу. К началу. Именно того, чего должна была избежать вечная Вселенная. Толмен сам проделал математические расчёты и увидел это ясно. Его вечная Вселенная всё равно нуждалась в фундаменте — в некой стартовой точке.

Есть и вторая проблема. Во время Большого сжатия вся энтропия раздавливается обратно в крошечный объём. Ей некуда деться. Вы не можете её спрятать или сбросить. Она просто накапливается. Цикл за циклом, пока бухгалтерские книги не перестают сходиться.

Инфляция: неловкий спаситель космологии

В конце 1970-х годов появилась нечто новое. Теория инфляции. Она настолько странная, что даже некоторые её создатели спорили, является ли она вообще теорией.

Что же говорит инфляция о ранних моментах? Вселенная родилась. Не спрашивайте, как. Сингулярность. Затем фундаментальные силы отделились друг от друга. Это запустило странное квантовое поле. Оно вызвало взрыв экспоненциального расширения. За крошечную долю секунды область меньше протона раздулась до размеров Солнечной системы.

Затем это поле сбросило остаток энергии в поток частиц и излучения. Так начался обычный горячий Большой взрыв.

Инфляция решает сразу три проблемы старой теории.

Плоскостность и горизонт

Первая — проблема плоскостности. Геометрия Вселенной выглядит плоской. В стандартном Большом взрыве этот баланс крайне нестабилен. Любое отклонение выросло бы за миллиарды лет. Инфляция исправляет это грубой силой. Возьмите любую изогнутую поверхность и раздуйте её. Любой маленький участок покажется вам плоским.

Вторая — проблема горизонта. Посмотрите на один край неба, затем на противоположный. Эти области никогда не контактировали. Они не могли обменяться ни одним фотоном за всю историю космоса. И всё же их температура одинакова. Инфляция отвечает, что когда-то они были прижаты друг к другу, но расширение разбросало их в стороны.

Квантовые семена галактик

Но инфляция дала бонус. Квантовые поля вызывали крошечные флуктуации. Инфляция растянула эти «дрожания» по всему небу. Они застыли как слабые рябь в плотности материи. Эта рябь стала семенами. Дайте им миллиарды лет — и они вырастут в галактики и скопления.

Инфляция предсказала статистический отпечаток этих семян. Она указала, сколько должно быть крупных волн, средних и мелких. Это конкретное, проверяемое предсказание сбылось. Именно поэтому странная теория держится уже полвека. Не потому, что она красивая. А потому, что она работает.

Проблемы самой инфляции

Однако у инфляции есть свои проблемы. Что именно её вызвало? Мы не знаем. Учёные добавляют в уравнения поле с нужными свойствами, но никто не находил его в реальности. Более того, инфляция имеет тенденцию никогда полностью не останавливаться. Она порождает бесконечную пену других вселенных — мультивселенную. Возможно, мы никогда не сможем это проверить.

И главное: инфляции всё ещё нужно начало. Она упирается в ту же сингулярность. Не спрашивайте, как родилась Вселенная. Сингулярность. Мы вернулись туда, откуда начали.

Так что инфляция правит, но правит нервно. Она постоянно оглядывается через плечо. А трон, который держат так шатко, — это открытое приглашение. Всё, что нужно, — это смелая альтернатива. Возможно, кто-то уже готов нанести удар.

Конец первой и второй частей.

По материалам www.universetoday.com (Автор Paul Sutter)