Какво е било началото на Вселената? С Големия взрив ли се е появила тя, или с голям отскок? Възможно ли е Космосът да се развива в цикъл на разширяване и колапс – и така отново и отново за цяла вечност? В две нови статии изследователите разглеждат различни модели на така наречената отскачаща вселена, като смятат, че Вселената, която виждаме около нас, вероятно е еднократно предложение, пише Scientific American.
Поддръжниците на отскачащата Вселена твърдят, че нашият Космос не е възникнал сам от нищото. Вместо това, твърдят те, предишната Вселена се е свила и след това е прераснала в тази, в която живеем. Това може да се е случило веднъж или, според някои теории, безкраен брой пъти.
Кой сценарий е верният? Най-широко приетото обяснение за историята на Вселената гласи, че тя започва с Голям взрив, последван от период на бързо разширяване, известен като космическа инфлация. Според този модел сиянието, останало от времето, когато Вселената е била гореща и млада, наречено космически микровълнов фон (СMB), трябва да изглежда почти еднакво независимо от посоката. Но данните от космическата обсерватория „Планк“, която картографира СMB от 2009 до 2013 г., показват неочаквани вариации в микровълновото излъчване. Това може да са безсмислени статистически колебания в температурата на Вселената или да са признаци за нещо интересно, което се случва.
Айнщайн може да греши. Физици допускат, че времето може да не съществува
Една от възможностите е, че СMB аномалиите предполагат, че Вселената не е възникнала от нищото. Вместо това се е появила, след като предишната Вселена се е сринала и отскочила обратно, за да създаде пространството и времето, в които живеем днес.
Моделите на отскачащата Вселена могат да обяснят тези СMB модели, както и продължаващите спорове относно стандартното описание на произхода и еволюцията на Вселената. По-конкретно моделът на Големия взрив на Вселената започва със сингулярност – точка, която се е появила от нищото и е съдържала предшествениците на всичко във Вселената в толкова малко пространство, че по същество няма никакъв размер. Идеята е, че Вселената се е появила от сингулярността и след инфлацията се е установила в по-постепенно разширяващата се Вселена, която виждаме днес. Но сингулярностите са проблематични, защото физиката и самата математика нямат смисъл, когато всичко е опаковано в безкрайно малка точка. Много физици предпочитат да избягват сингулярностите.
Един модел, който предотвратява сингулярностите и прави СMB аномалиите не толкова аномални, е известен като циклична квантова космология (LQC). Той разчита на мост между класическата физика и квантовата механика, известен като примкова квантова гравитация, според която силата на гравитацията намалява на много малки разстояния, вместо да нараства до безкрайност.
"Квантовата гравитация" може да се появи от холографска Вселена
„Космологичните модели, вдъхновени от примковата квантова гравитация, могат да решат някои проблеми – казва космологът Рут Дюрер от Женевския университет, – особено проблема със сингулярността.“ Дюрер е съавтор на едно от двете нови изследвания върху отскачащите вселени. В него тя и колегите ѝ са търсили астрономически признаци на такива модели.
В LQC модела предшественикът на нашата Вселена може да се е свил под силата на гравитацията, докато е станал изключително компактен. Вместо да се срине до сингулярност, Вселената би започнала да се разширява отново и може дори да е преминала през инфлационна фаза, както много космолози смятат.
Ако това се е случило, казва физикът Иван Агуло от Луизианския държавен университет, то е трябвало да остави следа във Вселената. Агуло, който не е участвал в нито един от скорошните анализи, смята, че тази следа трябва да появи в данните на CMB, известна като „биспектър“, тоест за това как различни части от Вселената биха си взаимодействали при отскачащ сценарий. Биспектърът няма да бъде очевиден в изображение на CMB, но ще се появи в анализите на честотите в древните CMB микровълни.
Екипът на учения е изчислил биспектъра, както би се появил 400 000 години след космическо отскачане. Дюрер и нейните колеги продължили изчислението, но когато го сравнили с днешните данни на „Планк“, не открили значителен признак за биспектърен отпечатък.
Физици са готови да възродят алтернативна теория на гравитацията
Въпреки че много други модели на отскачащ Космос все още може да са жизнеспособни, неуспехът да се намери значителен биспектър означава, че моделите, които разчитат на LQC, за да се справят с аномалиите в CMB, може да бъдат изключени. Това е тъжен резултат за Агуло, който имал големи надежди да намери конкретни доказателства за отскачаща Вселена. Но Паола Делгадо, доктор по космология в Ягелонския университет в Полша, казва, че има един потенциален плюс. „Чувала съм, че [опитите за сливане на квантовата физика и космологията] не могат да бъдат тествани“, казва Делгадо. „Мисля, че беше наистина хубаво да видя, че някои модели все пак някакъв контакт с наблюденията.“
Изключването на признаци на космически отскок, управляван от LQC, в данните от „Планк“ означава, че аномалиите на CMB остават необясними. Но остава още по-голям космически въпрос: Имала ли е Вселената изобщо начало? Що се отнася до привържениците на Големия взрив, то да. Но това ни оставя с неразгадаемата уникалност, която е започнала всичко.
Като алтернатива, според теориите на така наречените циклични космологии, Вселената е безсмъртна и преминава през безкрайни отскоци. Въпреки че отскачащата Вселена може да премине през един или повече цикли, една наистина циклична Вселена няма начало и край. Тя се състои от поредица от отскачания, които се връщат назад за безкраен брой цикли и ще продължат още безкраен брой пъти. И тъй като такава Вселена няма начало, то няма Голям взрив и сингулярност.
Изследването, на което Дюрър и Делгадо са съавтори, не изключва безсмъртните циклични космологии. Много теории описват такава отскачаща Вселена по начини, които биха били трудни или невъзможни за разграничаване от модела „Голям взрив плюс инфлация“, като се погледнат данните от CMB на „Планк“.
Но критичен недостатък се крие в идеята за вечно циклична Вселена, смята физикът Уилям Кини от университета в Бъфало, който е съавтор на втория анализ. Този недостатък е ентропията, която се натрупва, докато Вселената отскача. Често смятана за количеството безпорядък в една система, ентропията е свързана с количеството полезна енергия на системата: колкото по-висока е ентропията, толкова по-малко енергия е налична.
Ако ентропията и безпорядъкът във Вселената се увеличават с всеки отскок, количеството налична използваема енергия намалява всеки път. В този случай Космосът би имал по-големи количества полезна енергия в по-ранните епохи. Ако се екстраполира достатъчно назад, това предполага начало като Голям взрив с безкрайно малко количество ентропия, дори за вселена, която впоследствие преминава през циклични отскачания. (Ако се чудите как този сценарий не нарушава закона за запазване на енергията, става дума за налична енергия. Въпреки че общото количество енергия в Космоса остава статично, количеството, което може да извърши полезна работа, намалява с увеличаване на ентропията.)
Новите циклични модели заобикалят проблема, са установили Кини и сие, като изискват Вселената да се разширява много с всеки цикъл. Разширяването позволява на Вселената да се изглади, разсейвайки ентропията, преди да се срине отново. Въпреки че това обяснение решава проблема с ентропията, изследователите изчисляват, че самото решение гарантира, че Вселената не е безсмъртна.
„Имам чувството, че демонстрирахме нещо фундаментално за Вселената – казва Кини, – а именно, че тя вероятно е имала начало.“ Това предполага, че Голям взрив е настъпил в даден момент, дори ако това събитие се е случило преди много подскачащи вселени, което от своя страна предполага, че е била необходима сингулярност, за да се задейства всичко.
Големият взрив не е началото на Вселената?
Изследването на Кини е най-новото в дебата за цикличните вселени, но привържениците на Вселена без начало или край все още не са отговорили в научната литература.
Космологът Нелсън Пинто-Нето от Бразилския център за изследване на физиката, който е изучавал отскачащи и други циклични модели, е съгласен, че данните от „Планк“ вероятно изключват отскачане при циклична квантова космология, но той е по-оптимистичен по въпроса за цикличната Вселена.
„Съществуването е факт. Всички сме тук и сега. Несъществуването е абстракция на човешкия ум – казва Нелсън. – Това е причината да мисля, че [цикличната Вселена], която винаги е съществувала, е по-проста от тази, която е била създадена. Въпреки това като учен трябва да бъда отворен и за двете възможности.
