Терри Пратчетт описал обычную точку зрения на создание Вселенной так: в начале не было ничего, кроме бесконечной плоскости. Современная теория космологии – это теория расширяющейся Вселенной, которая возникла в результате Большого Взрыва, что хорошо поддерживается доказательствами в виде реликтового излучения и смещения дальнего света к красному краю спектра, откуда идет предположение, что Вселенная постоянно расширяется. Тем не менее, не все убеждены в этом. На протяжении многих лет были представлены различные альтернативы теории Большого взрыва.
Некоторые интересные предположения, к сожалению, не поддаются проверке современной технологией. Другие – просто полеты фантазии, восставшие против традиционной точки зрения на появление Вселенной, бросающие вызов человеческому представлению о здравом смысле.
Теория стационарной Вселенной
Согласно недавно восстановленной рукописи Альберта Эйнштейна, великий ученый верил в правдоподобность теории британского астрофизика Фреда Хойла о том, что пространство может продолжать расширение на неопределенный срок, сохраняя равномерную плотность, если новая материя постоянно самозарождается. В течение многих десятилетий многие считали Хойла чудаком, но найденный документ предполагает, что Эйнштейн, по крайней мере, серьезно рассматривал его идеи.
Теория стационарной Вселенной была предложена в 1948 году Германом Бонди, Томасом Голдом и Фредом Хойлом. Она была получена из идеального космологического принципа, который гласит, что Вселенная выглядит, по существу, одинаково с любого места в ней и во все времена (в макроскопическом смысле). Это было философски привлекательно, так как предполагало, что Вселенная не имеет ни начала, ни конца. Эта теория была широко принята многими в 1950-х и 1960-х годах. Столкнувшись с доказательствами, что Вселенная расширяется, ее сторонники предположили, что новая материя создается спонтанно с постоянной, но мизерной скоростью - несколько атомов на кубические мили в год.
Наблюдение квазаров в дальних (и поэтому более старших, с нашей точки зрения) галактиках, которые не существовали в нашей звездной области, охладили энтузиазм по отношению к данной теории, и она была окончательно развенчана, когда ученые узнали о космическом фоновом излучении. Тем не менее, в то время как Хойл содействовал развитию своей теории, он сделал серию исследований, которые доказали, как атомы тяжелее гелия появились во вселенной. (Они были созданы при высокой температуре и давлении из первых звезд, проходящих свой жизненный цикл.) Он также, по иронии судьбы, был тем, кто придумал термин «большой взрыв».
Утомлённый свет (старение света)
Эдвин Хаббл заметил, что длина световых волн от далеких галактик смещается в сторону красного края спектра по сравнению со светом, излучаемым небесными телами расположенными ближе. Он предположил, что фотоны каким-то образом теряют энергию. Это «красное смещение», как правило, объясняется в контексте расширения после большого взрыва, так как является функцией эффекта Доплера. Сторонники стационарных моделей Вселенной вместо этого предположили, что фотоны света теряли энергию постепенно, пока путешествовали сквозь пространство, двигаясь к большей длине волны, к менее энергичному красному краю спектра. Эта теория была впервые предложена Фрицем Цвикки в 1929 году.
Есть целый ряд проблем с утомленным светом.
- Во-первых, нет никакого способа, чтобы энергия фотона могла быть изменена без изменения его импульса, что приведет к эффекту размывания, который невозможно наблюдать.
- Во-вторых, она не объясняет наблюдаемые закономерности излучения света от сверхновых звезд, что более точно соответствует модели расширяющейся Вселенной со специальной теорией относительности, вызывающей замедление времени.
- Наконец, большинство моделей теории усталого света основаны на нерасширяющейся Вселенной, но это приведет к фоновому излучению спектра, что не соответствует наблюдениям.
Очевидно, что, если гипотеза усталого света верна, все наблюдаемое космическое фоновое излучение должно поступать из источников, которые находятся ближе к нам, чем галактика Андромеды М31 (наш ближайший сосед), и все, что находится за данными пределами, будет невидимым для нас.
Бесконечная инфляция
Большинство современных моделей ранней Вселенной постулируют короткий период экспоненциального роста (известного как инфляция), вызванного энергией вакуума, в котором соседние частицы быстро оказались, разделены огромными областями пространства. После этой инфляции энергия вакуума превратилась в горячую плазму, образовавшую, в конце концов, атомы, молекулы и так далее. По теории бесконечной инфляции процесс инфляции никогда не закончится. Вместо этого пузырьки пространства перестают надуваться и входят в состояние с низкой энергией, а затем разлагаются на расширяющиеся пространства. Эти пузырьки похожи на пузырьки пара в кипящей кастрюле с водой, за исключением той аналогии, что кастрюля постоянно становится больше.
В этой теории наша Вселенная является одним из многих пузырьков в мультивселенной, характеризующейся непрерывной инфляцией. Одним из аспектов этой теории, которые могут быть проверяемы, является понятие, что две вселенные, которые достаточно близки, чтобы встретиться друг с другом, вызовут перебои в пространстве-времени каждой вселенной. Лучшей поддержкой для этой теории будет доказательство такого нарушения, найденного в реликтовом излучении.
Первая инфляционная модель была предложена советским и российским ученым Алексеем Старобинским, но прославил ее на Западе физик Алан Гут, который предположил, что ранняя Вселенная, возможно, переохладилась, чтобы обеспечить экспоненциальный рост перед большим взрывом. Андрей Линде взял эти теории и развил их в своей теории «постоянного хаотичного расширения», предполагающей, что вместо того, чтобы требовать большого взрыва, получив правильную потенциальную энергию, расширение может произойти в любой точке скалярного пространства и происходит постоянно во всей мультивселенной.
По Линде, вместо вселенной с одним законом физики, постоянная хаотическая инфляция предвещает самовоспроизводящуюся, вечно существующую мультивселенную, где любые возможности могут быть реализованы.
