Вопрос «что было раньше?» обычно кажется совершенно естественным. Но у начала Вселенной слово «раньше» может оказаться таким же странным, как «что находится севернее Северного полюса». Это не готовый ответ, а предупреждение: привычное время здесь может не работать.
2. Большой взрыв не был взрывом в пустоте
Популярное название рисует огненный шар, разлетающийся в заранее существовавшем пространстве. Современная космология описывает другое: само пространство было горячим, плотным и расширялось повсюду. У события нет найденного центра, от которого галактики летят как осколки.
Если мысленно прокрутить расширение назад, вещество становится горячее и плотнее. Наблюдения уверенно ведут нас к эпохе первичного нуклеосинтеза, когда формировались лёгкие ядра, и ещё ближе — к очень ранней горячей плазме. Реликтовое излучение даёт прямую фотографию Вселенной в возрасте около 380 тысяч лет.
Уравнения общей теории относительности при простом продолжении назад приводят к сингулярности — состоянию с бесконечной плотностью. Большинство физиков воспринимает это не как реальный бесконечный шарик, а как признак того, что теория вышла за пределы применимости. Для самых первых мгновений нужна квантовая теория гравитации, которой в завершённом виде пока нет.
3. Где заканчивается надёжная физика
Чем раньше эпоха, тем выше энергии и тем труднее проверить расчёты экспериментом. При времени порядка 10 в минус 43-й степени секунды, называемом планковским, квантовые эффекты пространства-времени должны стать существенными. Современные теории по отдельности хорошо описывают гравитацию и микромир, но в таких условиях их необходимо объединить.
Это означает, что фраза «в момент ноль» относится скорее к границе математической модели. Мы не располагаем наблюдением самой сингулярности. Даже понятие обычной последовательности секунд может возникать лишь вместе с определённым состоянием Вселенной.
Тем не менее физики могут искать более поздние следы сверхранних процессов. Распределение галактик и неоднородности реликтового излучения несут информацию о начальных условиях. Они ограничивают фантазию, но пока не выбирают единственную историю.
4. Инфляция отодвигает начало, но не объясняет всё
Инфляцией называют предполагаемый период чрезвычайно быстрого расширения в самом раннем космосе. Он помогает объяснить, почему наблюдаемая Вселенная столь однородна, почему её геометрия близка к плоской и откуда могли взяться первичные неоднородности.
Многие свойства реликтового излучения согласуются с простыми инфляционными моделями. Однако неизвестно, какое поле запустило инфляцию, как именно она закончилась и была ли она первой главой. Прямого обнаружения характерных первичных гравитационных волн, которое резко укрепило бы отдельные варианты, пока нет.
Поэтому выражение «до Большого взрыва» зависит от терминов. Иногда Большим взрывом называют всю раннюю историю, включая инфляцию. Иногда — горячую стадию, начавшуюся после неё. Во втором случае можно осмысленно говорить, что инфляция предшествовала горячей фазе, но вопрос о начале лишь переносится ещё дальше.
5. Какие варианты обсуждают
В моделях космологического отскока до расширения могла существовать сжимающаяся Вселенная. Квантовые эффекты якобы не позволили ей дойти до бесконечной плотности и вызвали переход к расширению. Циклические модели предполагают множество подобных этапов.
Есть сценарии вечной инфляции, где наш наблюдаемый космос — один из множества возникающих регионов. В предложении Хартла и Хокинга о «безграничном» начальном состоянии время возле начала математически ведёт себя скорее как пространственное измерение, поэтому резкой границы «до» может не быть.
Все эти идеи разрабатываются серьёзными исследователями и имеют математические версии. Но красивое уравнение ещё не равно установленной истории природы. Решающее испытание — уникальные наблюдаемые следы, а они пока не дали однозначного победителя.
6. Что говорит наука
Подтверждено: Вселенная около 13,8 миллиарда лет расширяется из более горячего и плотного состояния. Реликтовое излучение, соотношение лёгких элементов и наблюдаемое расширение согласуются с моделью горячего Большого взрыва. Эти данные не требуют буквального взрыва из одной точки пространства.
Наиболее вероятным дополнением считается ранняя инфляционная стадия, потому что она объясняет несколько особенностей космоса одной идеей. Но конкретный механизм инфляции не установлен, а её подтверждение остаётся косвенным.
Гипотезами являются отскок, циклы, вечная инфляция и другие сценарии. Ни один пока не даёт проверенного ответа, что было «до» в обычном смысле. Возможно, будущая квантовая теория гравитации покажет, что вопрос поставлен верно; возможно, само время возникло вместе с ранней Вселенной.
7. Итог
Итак, смысл в вопросе есть: он указывает на границу наших теорий. Но честный сегодняшний ответ — мы не знаем, существовало ли физическое «до», и не уверены, что к нему применимо обычное время.
Подписывайтесь: самые интересные вопросы науки часто начинаются именно там, где заканчивается привычный словарь.
