У теорії Великого вибуху є сильний конкурент - циклічна теорія.
Назва цієї статті може здаватися не дуже розумним жартом. Згідно з загальноприйнятою космологічною концепцією, теорії Великого вибуху, наш Всесвіт виник з екстремального стану фізичного вакууму, породженого квантовою флуктуацією. У цьому стані не існувало ні часу, ні простору (або вони були сплутані в просторово-часову піну), а всі фундаментальні фізичні взаємодії були злиті воєдино. Пізніше вони розділилися і знайшли самостійне буття - спочатку гравітація, потім сильна взаємодія, а вже потім - слабке і електромагнітне.
Момент, що передував цим змінам, прийнято позначати як нульовий час, t = 0, однак це чиста умовність, данина математичному формалізму. Згідно зі стандартною теорією, безперервний перебіг часу почався лише після того, як сила тяжіння здобула незалежність. Цьому моменту зазвичай приписують величину t = 10-43 с (точніше, 5,4х10-44 с), яку називають планківським часом. Сучасні фізичні теорії просто не в змозі осмислено працювати з більш короткими проміжками часу (вважається, що для цього потрібна квантова теорія гравітації, яка поки не створена). У контексті традиційної космології немає сенсу міркувати про те, що відбувалося до початкового моменту часу, оскільки часу в нашому розумінні тоді просто не існувало.
Теорія Великого вибуху користується довірою абсолютної більшості вчених, які вивчають ранню історію нашого Всесвіту. Вона справді пояснює дуже багато і ні в чому не суперечить експериментальним даним. Однак нещодавно у неї з'явився конкурент в особі нової, циклічної теорії, основи якої розробили двоє фізиків екстра-класу - директор Інституту теоретичної науки Прінстонського університету Пол Стейнхардт і лауреат Максвеллівської медалі та престижної міжнародної премії TED Ніл Тьюрок, директор канадського Інституту перспективних досліджень у галузі теоретичної фізики (Perimeter Institute for Theoretical Phicsys) За допомогою професора Стейнхардта «TechInsider» спробувала розповісти про циклічну теорію і про причини її появи.
Інфляційна космологія
Неодмінною частиною стандартної космологічної теорії служить концепція інфляції (див. врізку). Після закінчення інфляції у свої права вступило тяжіння, і Всесвіт продовжив розширюватися, але вже з швидкістю, що зменшується. Така еволюція розтягнулася на 9 млрд років, після чого в справу вступило ще одне антигравітаційне поле ще невідомої природи, яке іменують темною енергією. Воно знову вивело Всесвіт у режим експоненційного розширення, який начебто повинен зберегтися і в майбутні часи. Слід зазначити, що ці висновки базуються на астрофізичних відкриттях, зроблених наприкінці минулого століття, майже через 20 років після появи інфляційної космології.
Вперше інфляційна інтерпретація Великого вибуху була запропонована близько 40 років тому і з тих пір багаторазово шліфувалася. Ця теорія дозволила вирішити кілька фундаментальних проблем, з якими не впоралася попередня космологія. Наприклад, вона пояснила, чому ми живемо у Всесвіті з плоскою євклідовою геометрією - відповідно до класичних рівнянь Фрідмана, саме такою вона і повинна зробитися при експоненційному розширенні. Інфляційна теорія пояснила, чому космічна матерія має зернистість у масштабах, що не перевищують сотень мільйонів світлових років, а на великих дистанціях розподілена рівномірно. Вона також дала витлумачення невдачі будь-яких спроб виявити магнітні монополі, дуже масивні частинки з одиночним магнітним полюсом, які, як вважається, в достатку народжувалися перед початком інфляції (інфляція так розтягнула космічний простір, що спочатку висока щільність монополій скоротилася майже до нуля, і тому наші прилади не можуть їх виявити).
Незабаром після появи інфляційної моделі кілька теоретиків зрозуміли, що її внутрішня логіка не суперечить ідеї перманентного множинного народження все нових і нових всесвітів. Насправді, квантові флуктуації, подібні до тих, яким ми зобов'язані існуванням нашого світу, можуть виникати в будь-якій кількості, якщо для цього є відповідні умови. Не виключено, що наша світобудова вийшла з флуктуаційної зони, що сформувалася у світі-попереднику. Так само можна припустити, що коли-небудь і де-небудь у нашому власному Всесвіті утворюється флуктуація, яка «видує» юний всесвіт зовсім іншого роду, також здатний до космологічного «дітонародження». Існують моделі, в яких такі дочірні всесвіти виникають безперервно, відмовляються від своїх батьківниць і знаходять своє власне місце. При цьому зовсім не обов'язково, що в таких світах встановлюються одні й ті ж фізичні закони. Всі ці світи «вкладені» в єдиний просторово-часовий континуум, але рознесені в ньому настільки, що ніяк не відчувають присутності один одного. Загалом, концепція інфляції дозволяє - більше того, змушує! - вважати, що у виконинському мегакосмосі існує безліч ізольованих один від одного всесвітів з різним пристроєм.
Альтернатива
Фізики-теоретики люблять вигадувати альтернативи навіть найбільш загальноприйнятим теоріям. З'явилися конкуренти і в інфляційної моделі Великого вибуху. Вони не отримали широкої підтримки, але мали і мають своїх послідовників. Теорія Стейнхардта і Тьюрока серед них не перша і напевно не остання. Однак на сьогоднішній день вона розроблена детальніше інших і краще пояснює спостережувані властивості нашого світу. Вона має кілька версій, з яких одні базуються на теорії квантових струн і багатовимірних просторів, а інші покладаються на традиційну квантову теорію поля. Перший підхід дає більш наочні картинки космологічних процесів, так що на ньому і зупинимося.
Найбільш просунутий варіант теорії струн відомий як М-теорія. Вона стверджує, що фізичний світ має 11 вимірювань - десять просторових і один часовий. У ньому плавають простори менших розмірів, так звані брани. Наш Всесвіт - просто одна з таких бран, що володіє трьома просторовими вимірами. Її заповнюють різні квантові частинки (електрони, кварки, фотони тощо), які насправді є розімкнутими вібруючими струнами з єдиним просторовим виміром - довжиною. Кінці кожної струни намертво закріплені всередині тривимірної брани, і покинути брану струна не може. Але є і замкнуті струни, які можуть мігрувати за межі бран - це гравітони, кванти поля тяжіння.
"