Конкурент теории Большого Взрыва. Что было триллион лет назад?
Почему Большой взрыв — не единственная версия: циклическая теория Стейнхардта и Тьюрока
Вы наверняка слышали: Вселенная родилась 13,8 млрд лет назад из точки бесконечной плотности. Большой взрыв. Инфляция. Но есть и другая история. Без сингулярности, без «начала времени» и с четким объяснением темной энергии. Ее разработали два тяжеловеса — Пол Стейнхардт (Принстон) и Нил Тьюрок (Perimeter Institute). В этой статье — честный разбор, чем циклическая модель лучше, чем хуже и почему о ней не говорят в школьных учебниках.
Чем не устраивает классическая инфляция
Инфляционная теория решила кучу проблем: объяснила плоскую геометрию, однородность материи и отсутствие магнитных монополей. Но она же породила новые. Первая проблема — бесконечное множество вселенных. Инфляция неизбежно создает дочерние «пузыри», каждый со своими законами физики. Мы живем в одном из таких пузырей, но почему он именно такой? Ответа нет. Вторая — темная энергия. В 1998 году астрофизики обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Инфляционная модель не предсказывала этого. Пришлось просто придумать «темную энергию» и вставить ее задним числом. Третья — сингулярность в t=0. Теория не может описать, что было до планковского времени. Просто обрезает математику. Согласитесь, выглядит как костыль.
Личное наблюдение: я читал статью Стейнхардта 2014 года, где он прямо пишет: «Мы строили теорию для своего мира, а она вышла из-под контроля и породила бесконечное разнообразие экзотических миров». Мне это напоминает ситуацию, когда программист написал функцию, а она начала плодить баги. Требуется рефакторинг.
Как работает циклическая модель: столкновения бран
Здесь в игру вступает М-теория (продвинутая версия теории струн). Согласно ей, наше пространство-время имеет 11 измерений. Мы живем на трехмерной бране — это такой «лист» в многомерном пространстве. Рядом с нами, на крошечном расстоянии в четвертом измерении, находится еще одна брана. Они существуют параллельно. Раз в триллион лет (или около того) они сближаются и сталкиваются. Энергия столкновения порождает всю материю и излучение — это и есть наш «Большой взрыв». После столкновения браны отскакивают, расходятся, и цикл повторяется.
Темная энергия в этой модели — не загадочная добавка, а естественное проявление поля между бранами. Когда браны далеко — поле положительно и вызывает ускоренное расширение. Когда они начинают сближаться — поле становится отрицательным, и расширение замедляется. Элегантно, правда?
Инфляция vs Циклы: сравнительная таблица
| Параметр | Инфляционная модель | Циклическая модель |
|---|---|---|
| Начало мира | Сингулярность (t=0, бесконечная плотность) | Нет сингулярности — бесконечная последовательность циклов |
| Темная энергия | Вставлена постфактум, природа неясна | Встроена как поле между бранами |
| Множественные вселенные | Вынужденное следствие (вечная инфляция) | Не требуется — вселенная одна, циклическая |
| Плоская геометрия | Результат экспоненциального расширения | Результат растяжения к концу каждого цикла |
| Гравитационные волны | Спектр из первичных флуктуаций | Спектр от столкновения бран (другая поляризация) |
| Магнитные монополи | Разбавлены инфляцией | Не образуются из-за низкой температуры (до 10²³ К, а не 10²⁷) |
Как это работает? Пошаговый совет от автора
Хотите понять логику циклической модели — разберите ее на этапы.
- Этап 1. Наша брана расширяется с ускорением (текущая эпоха, мы здесь).
- Этап 2. Через ~триллион лет плотность вещества падает почти до нуля, брана становится плоской и пустой.
- Этап 3. Браны сближаются, поле между ними уменьшается, расширение замедляется.
- Этап 4. Столкновение: кинетическая энергия переходит в горячую плазму (температура до 10²³ К). Рождаются частицы, кварки, лептоны.
- Этап 5. Браны отталкиваются. Новорожденная Вселенная сначала расширяется с замедлением (гравитация), а потом снова переходит в ускоренный режим. Цикл завершен.
- Этап 6. Повторять бесконечно. Времени было и будет сколько угодно.
Важно: закон сохранения энергии не нарушается. Вся положительная энергия материи берется из отрицательной энергии поля между бранами. Чистая бухгалтерия.
Как проверить? Гравитационные волны и микроволновое излучение
Обе модели предсказывают реликтовые гравитационные волны — рябь пространства-времени, возникшую в первые мгновения. Но спектр и поляризация у них разные. Инфляция дает один «рисунок», столкновение бран — другой. Эти волны должны были оставить отпечаток на космическом микроволновом фоне (CMB). Спутник «Планк» (запущен в 2009) и его преемники пытаются уловить эти тонкие различия. Пока что чувствительности не хватает. Но в ближайшие 10-20 лет планируются космические детекторы гравитационных волн (вроде LISA), которые смогут напрямую зарегистрировать реликтовые волны. Тогда мы, наконец, узнаем, кто прав.
Стейнхардт признает: «Нам пока не удалось убедительно описать процесс столкновения и отскока бран. Это самое слабое место теории». Но если инфляция пройдет проверку — придется искать новую альтернативу.
Мое мнение
Циклическая модель выглядит красивее. Она не требует искусственных допущений и отвечает на вопросы, которые инфляция просто игнорирует (например, природа темной энергии). Но красота — не истина. Пока у нас нет экспериментальных данных, обе теории остаются гипотезами. Лично я ставлю на циклы — у них меньше «белых пятен». Но время покажет. Если через 20 лет обнаружат гравитационные волны с инфляционным спектром — значит, мы живем в пузыре. Если с циклическим — мир бесконечно перерождается. И это, согласитесь, звучит почти как философия.
