Почему Вселенная не могла существовать вечно

✦ ИИ  Этот пост, предположительно, был создан при помощи искусственного интеллекта
Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Статья | Наука и космос

Вселенная, которую мы наблюдаем сегодня, представляет собой огромную систему галактик, звезд и межзвездного пространства. Ее размер и сложность наводят на естественный вопрос: могла ли она существовать вечно или у нее обязательно должен быть момент начала? Современная космология, опираясь на наблюдения и математические теоремы, дает убедительные основания полагать, что прошлое Вселенной не бесконечно и что она возникла в конечный момент времени.

Расширение Вселенной — один из ключевых фактов, подтверждающих эту идею. А всё началось с простого, но революционного наблюдения. В 1929 году астроном Э. Хаббл обнаружил, что скорость удаления галактик от нас тем больше, чем дальше они находятся. Этот факт, известный как закон Хаббла, говорит о том, что между галактиками пространство растягивается, словно резиновая лента. Это может означать то, что в прошлом Вселенная имела значительно компактные и плотные размеры.

Расширение Вселенной (хронологическая схема)
Автор: NASA/WMAP Science Team Источник: en.wikipedia.org

Если прокрутить события назад, то миллиарды лет тому назад всё вещество и энергия были сосредоточены в невероятно малом, горячем и плотном состоянии. Анализируя эту картину, ученые приходят к точке примерно 13,8 миллиарда лет назад, когда плотность становилась бесконечной, а пространство-время только зарождалось. Это и есть момент, который мы называем Большим Взрывом.

Такое расширение не могло продолжаться вечно в прошлом. Если бы Вселенная существовала бесконечно долго, то галактики разлетелись бы так далеко, что мы не видели бы почти ничего вокруг. Но небо полно света, и это подводит нас к следующему ключевому аргументу. Второй закон термодинамики гласит, что в замкнутой системе энтропия (мера беспорядка) со временем только растёт. В бесконечно старой Вселенной всё давно пришло бы в состояние теплового равновесия. Звёзды угасли бы, энергия рассеялась, и мы оказались бы в холодной, однородной пустоте. Однако мы наблюдаем звёзды, планеты, сложные структуры и огромный запас полезной энергии. Это возможно только потому, что часы Вселенной запустились относительно недавно, с состояния низкой энтропии, которое и задаёт направление «стрелы времени».

Расширение Вселенной (хронологическая схема)
Автор: Gnixon Источник: commons.wikimedia.org

Самым убедительным «фотографическим доказательством» начала служит космическое микроволновое фоновое излучение (CMB). В 1965 году его случайно обнаружили Арно Пензиас и Роберт Уилсон как слабый равномерный «шум» со всех направлений неба. Это остаточное свечение от эпохи, когда температура Вселенной опустилась до таких значений, что атомы могли образоваться, приблизительно через 380 тысяч лет после начала расширения. Спектр этого излучения идеально соответствует излучению абсолютно чёрного тела при температуре около 2,725 K, и его крошечные флуктуации точно соответствуют предсказаниям модели горячего Большого Взрыва. Никакая другая теория не объясняет это реликтовое тепло так естественно и точно.

Но наука не останавливается на наблюдениях. В 2003 году физики Арвинд Борде, Алан Гут и Александр Виленкин сформулировали теорему (BGV-теорему), которая имеет фундаментальное значение. Но что это значит на самом деле? Что мы не можем просто «отмотать» историю бесконечно назад. Теорема показывает, что любая Вселенная, которая в среднем расширяется на протяжении своей истории (а наша именно такая) не может быть продолжена бесконечно в прошлое в рамках классического пространства-времени. Геодезические линии (пути частиц в пространстве-времени) в таком случае обязательно упираются в границу в прошлом. Даже модели с циклическими сценариями не позволяют избежать этой границы. Расширение в среднем требует, чтобы история пространства-времени была неполной в прошлом. Как отметил один из авторов теоремы, Александр Виленкин, на сегодняшний день мы не имеем жизнеспособных моделей вечной Вселенной без начала.

Карта наблюдаемой Вселенной
Автор: Pablo Carlos Budassi Источник: commons.wikimedia.org

Второй закон термодинамики также согласуется с идеей конечного возраста. Энтропия (мера беспорядка) в замкнутой системе не уменьшается. Если бы Вселенная существовала вечно, она давно достигла бы состояния тепловой смерти, где все процессы остановились бы из-за максимальной энтропии. Однако мы наблюдаем высокоупорядоченные структуры: галактики, звезды, планеты и жизнь. И это указывает на то, что Вселенная не имела бесконечного прошлого, а начинала с состояния относительно низкой энтропии, из которого и развивалась сложность.

Конечно, у самого момента начала остается много вопросов. Что могло быть до Большого Взрыва? И сами вопросы могут терять смысл, потому что пространство и время появились вместе с расширением. Общая теория относительности Эйнштейна здесь достигает своих пределов, и для описания сингулярности нужна квантовая гравитация, которая пока остаётся в разработке. Тем не менее, все известные данные, от красного смещения галактик и обилия лёгких элементов (водорода и гелия), предсказанного нуклеосинтезом Большого Взрыва, до точных измерений CMB спутниками, рисуют одну и ту же картину того, что у нашей Вселенной был чёткий старт около 13,8 миллиарда лет назад.

Изображение молодой вселенной, созданное на основе девяти лет данных WMAP. Оно показывает колебания температуры возрастом 13,77 млрд лет
Автор: NASA / WMAP Science Team Источник: commons.wikimedia.org

В итоге, идея вечной, статичной Вселенной, которая когда-то казалась интуитивно привлекательной, не выдерживает столкновения с фактами. Расширение, рост энтропии, реликтовое излучение и математические границы прошлого сходятся в одном выводе: Вселенная не могла существовать всегда. У неё было начало, то етсть момент, когда из невероятной плотности и жара родилось всё, что мы видим сегодня. Это не конец вопросов, а их новый виток: что запустило это начало и почему законы физики именно такие? Но сам факт наличия начала делает нашу космическую историю осмысленной и удивительной. Это история, которая началась не в нигде и никогда, а в конкретной точке пространства-времени, и продолжается до сих пор, позволяя нам задавать эти вопросы.

Изображение в превью:
Автор: Pablo Carlos Budassi
Источник: commons.wikimedia.org
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

6 комментариев

Добавить комментарий

T
Вселенная не может быть вечной потому что я так хочу :) Выходит, так?
Если расширение Вселенной сменится сжатием и цикл повторится опять и опять через каждые n миллиардов лет — это вечная вселенная или это другое?
Alec_Goldman
Не совсем так. Расчеты показывают, что тепловая смерть Вселенной может наступить гораздо позже. Миллиарды лет в нашем понимании — это фемтосекунды в этом масштабе времени. Что-то может произойти через квадриллионы триллионов лет, примерно так, я уж путаюсь в этих цифрах:) Когда закончится топливо всех звёзд, пройдут триллионы лет, а потом еще в триллионы раз больше времени пока испарятся все черные дыры…
T
вы вместо ответа на вопрос начинаете рассказывать о какой-то новой теории, не имеющей отношения ни к моему вопросу, ни к изначальной теме. к тому же теоретических вариантов будущего вселенной больше одного и при некоторых из них конец вселенной гораздо ближе, чем вам кажется, а какой из них наиболее реальных — вопрос дискуссионный.
Alec_Goldman
В масштабах этого времени наша Вселенная только что родилась, примерно, миллиардные доли секунды назад…
Oleg Goglichidze
По современным представлениям расширение никогда не сменится сжатием. Вселенная расширяется с положительным ускорением. Но в статье речь скорее о конечности Вселенной в направлении в прошлое. Даже если предположить, что до сингулярности в прошлом существовала какая-то история, мы, по всей видимости, не сможем получить оттуда никакой сигнал. И в такой ситуации говорить о существовании чего-либо в ту эпоху с физической точки зрения довольно бессмысленно.
Alec_Goldman
Это очень старо. Физик Макс Борн и позже Вернер Гейзенберг показали, что базовая реальность — это волновая функция, которая представляет собой не физическую волну (как на воде), а волну вероятностей (то есть чистую информацию о том, где может оказаться частица). Если фундамент материи состоит из вероятностей, значит, фундамент состоит из информации.
Голографический принцип и предел Бекенштейна (Космологический аргумент) — это, пожалуй, самое сильное физическое доказательство первичности информации на сегодняшний день. В 1970-х годах Стивен Хокинг и Джейкоб Бекенштейн изучали черные дыры и открыли странную вещь: количество информации, которое может поместиться внутри черной дыры (ее энтропия), пропорционально не ее объему (3D), а площади ее поверхности (2D). Из этого вырос Голографический принцип (Леонард Сасскинд, Хуан Малдасена). Оказалось, что математически нашу трехмерную Вселенную (включая гравитацию) можно полностью описать как проекцию информации, записанной на двумерной границе. Пространство и материя не фундаментальны. Они — эмерджентны (возникают) из плотности информационных битов на квантовом уровне. Как пиксели на экране создают иллюзию 3D-объекта в видеоигре, так и биты квантовой информации создают иллюзию пространства и материи.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор смарт- и спортивных часов: HUAWEI WATCH GT 6 Pro или Amazfit T-Rex 3 Pro

Какие часы лучше для спорта, смарт- или спортивные? Ответ на вопрос не сводится только к автономности, но результат вас точно удивит. Кто любит бегать, кататься на велосипеде и плавать, выбирают ...

Какие речные рыбы используют для вяления и какой результат получается: 5 видов

Для вяления обычно выбирают не любую рыбу, а те виды, у которых совпадают базовые параметры: плотность мяса, умеренное содержание жира и толщина тушки. От этого зависит, как рыба просаливается и...

Обзор электрической мультирезки Даджет KS20 — оливье кубиками, морковь соломкой, рифленый картофель, как в ресторане

Кухонной техники дома хватает, и казалось, что все основные задачи уже закрыты. Но мы давно засматривались на электрический прибор для нарезки продуктов кубиками, в первую очередь, под оливье. И...

Полный разнос! Обзор беспроводной колонки Tribit StormBox Blast 2 на 200 Вт + видеообзор

Сегодня посмотрим на Tribit StormBox Blast 2, которая является настоящим гигантом среди портативных, переносных Bluetooth-колонок, выдающая, на мой взгляд, одно из лучших звучаний в своем сегменте....

Обзор стильных внутриканальных Hi-Fi наушников Cozoy D1

Внутриканальные наушники сохраняют свою популярность за счет качественной звукоизоляции и хорошей эргономики. В текущем обзоре пойдет речь Cozoy D1, которые выделяются своим ярким внешним видом....