Вселенная до начала времен: что было до Большого взрыва

Каждый из нас слышал, что Вселенная началась с Большого взрыва. Получается, что материя и энергия, пространство и время, словом, вся известная нам реальность, возникла буквально из ниоткуда. Так неужели до Большого взрыва действительно не было ровным счетом ничего? Этим же вопросом задаются и ученые. И чем глубже они в него погружаются, тем очевиднее становится: до Большого взрыва все-таки что-то было. Вот только что именно? 

Что такое Большой взрыв

Примерно 13,8 миллиарда лет назад Вселенная была бесконечно плотной и горячей, а ее размеры стремились к нулю. Это состояние называют космологической сингулярностью. Затем бесконечно малая точка, которой тогда была наша Вселенная, начала стремительно расширяться, создавая материю, энергию, пространство и время. Этот момент расширения физики и окрестили «Большим взрывом».

Сравнение со взрывом не нужно понимать буквально: у Большого взрыва не было эпицентра, от которого разлетались бы осколки, — расширялось само пространство, причем сразу во всех возможных направлениях. Вместе с расширением Вселенной падала ее температура и снижалась плотность. Спустя мгновения после Большого взрыва возникли все элементарные частицы, из которых начали формироваться атомы, звезды и галактики.

Теория о Большом взрыве подтверждается тремя важнейшими фактами, которые могут наблюдать физики. Первый факт — разбегание галактик. После Большого взрыва пространство продолжает расширяться, поэтому чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она удаляется. Второй аргумент в пользу теории — реликтовое излучение. Это остывший свет, оставшийся от ранней Вселенной, который можно поймать радиотелескопами. Он доказывает, что молодая Вселенная была горячей и плотной. 

Третье доказательство — определенное соотношение химических элементов в горячей и плотной Вселенной. По расчетам в первые минуты после Большого взрыва около четверти водорода должно было превратиться в гелий. Измерения в далеких областях космоса точно совпадают с этой оценкой.

Парадокс заключается в том, что теория относительности, на которой построена вся стандартная физика, не может описать состояние до Большого взрыва. В космологической сингулярности все известные законы физики перестают работать. До Большого взрыва не было ни пространства, ни времени, а если нет времени, то нет и причинности. Это означает, что Большой взрыв просто не мог быть чем-то «вызван». И все-таки физики ухитряются изучать даже эту, казалось бы, недосягаемую для науки эпоху. 

Что мы реально знаем о времени до Большого взрыва

Современная наука почти ничего не знает о том, что было до Большого взрыва. Самый ранний период в истории Вселенной, о котором у ученых есть хоть какие-то представления — это Планковская эпоха. Она наступила всего через одну десятимиллионную триллионной триллионной триллионной (10⁻⁴³) секунды после Большого взрыва. Во время Планковской эпохи все четыре фундаментальные силы — гравитация, электромагнетизм, сильное и слабое взаимодействия — были слиты в единое целое. 

А все, что происходило до Большого взрыва, остается за пределами прямых наблюдений. Об этих временах можно строить только гипотезы. Такие гипотезы совсем не беспочвенны: они опираются на строгие математические уравнения и некоторые косвенные следы далекого прошлого в современной Вселенной. 

Ниже — три самые авторитетные гипотезы о Вселенной до начала времен. 

Вселенная из ничего

Стивен Хокинг выдвинул одну из самых радикальных гипотез о возникновении Вселенной. Согласно ей, все мироздание появилось буквально из абсолютного ничто. Суть идеи в том, что у Вселенной нет ни начала, ни границы — она представляет собой замкнутую поверхность, подобную земному шару, где пространство и время замыкаются сами в себе. В этой модели не существует момента, когда Вселенная «появилась».

Чтобы объяснить это наглядно, Хокинг предложил представить путешествие назад во времени как движение к Южному полюсу. Спрашивать, что находится «южнее» Южного полюса, бессмысленно — такого направления просто нет. Точно так же бессмысленно спрашивать, что было «до» Большого взрыва: если Вселенная действительно не имеет границ, то у нее нет ни начала, ни конца. 

Циклическая Вселенная

Британский физик, математик и нобелевский лауреат Роджер Пенроуз предложил идею «конформной циклической космологии». Пенроуз обратил внимание на удивительное сходство между двумя, казалось бы, противоположными состояниями Вселенной. В момент Большого взрыва она была невероятно горячей, плотной и крошечной. А в далеком будущем ей суждено стать холодной, пустой и бесконечно широкой. Ученый предположил, что два эти состояния совпадают, и после «смерти» Вселенной должно следовать «рождение» новой. 

В этом случае получается, что Большой взрыв мог возникнуть почти из ничего. Это «почти ничего» — то, что остается после тепловой смерти Вселенной, когда вся материя поглощена черными дырами и рассеяна в виде фотонов в пустом пространстве. Но даже такое «ничто» остается физической Вселенной, пусть и почти пустой. А значит, и в нем сохраняется то, что может запустить новый цикл — очередной Большой взрыв. 

Большой отскок

Согласно следующей гипотезе, то, что мы называем Большим взрывом, на самом деле было «Большим отскоком» — моментом, когда предыдущая фаза сжатия Вселенной сменилась внезапным расширением.  В этом сценарии у космоса нет начала — он существует вечно, переживая бесконечные циклы сжатий и расширений. Вместо того чтобы схлопнуться в космологическую сингулярность, Вселенная «отскакивает» и начинает расширяться заново. Получается, что согласно гипотезе Большого отскока, наша Вселенная возникла на осколках другой, более древней.

Так что же было до Большого взрыва? Однозначного ответа у науки пока нет — и, возможно, не появится еще долго. Но гипотезы физиков рисуют перед нами бесконечную историю космоса, а значит, у нас остается шанс когда-нибудь разгадать его тайны.

Что ученые знают о происхождении жизни на Земле

Где искать центр Вселенной

Вселенские рекорды: самые большие, старые и далекие объекты в космосе