Кратко: мы не знаем. Но так как этого количества печатных знаков слишком мало для статьи, то я хотел осуществить, так сказать, инвентаризацию возможных решений проблемы.
А в чем, собственно, проблема состоит? Теория Большого Взрыва - это не теория о Большом Взрыве, а о том, что было после него. Сам Большой Взрыв математически выглядит как математическая сингулярность, а это плохо - физики очень не любят бесконечности. Поэтому забота всех теорий о Большом Взрыве - от этих бесконечностей избавиться.
Гладкое начало
Disclaimer: извините за картинки в mspaint, я в эвакуации и планшета у меня нет.
В подобных теориях вместо сингулярной 'вершины' мы имеем закругление. Как правило, в нем вселенная представляет собой сверхплотный вакуум, который позже будет расширяться (то есть эпоха до инфляции).
Интересной особенностью этих теорий является следующее: кажется, что мы можем точно указать момент и место Большого Взрыва (отмечено зеленой стрелкой). Но это не так: пространство Римановское, и воображаемые наблюдатели, находящиеся в разных системах отсчета будут иметь разные линии 'сейчас' (показано красным и синим), то есть для них как время начала Большого Взрыва, так и место его будет иным.
Замечание о бесконечности Вселенной
Вам может показаться, что когда вселенная возникает из области ограниченного размера, то, хотя она всегда и расширяется, она остается конечной. Это не так. Давайте рассмотрим расширение пузыря ложного, сверхплотного вакуума и превращение его в обычный:
Ложный вакуум начинает распадаться по центру картинки, и это явление распространяется в стороны быстрее света (оно не связано каузально, просто в других местах этот процесс немного отстает). Дальше у нас идут эпохи развития вселенной (масштаб неправильный), которые, из-за того что наш вакуум образовался в разное время, искривлены, так как несут память о начальном отставании. Любая горизонтальная прямая (срез) вселенной на определенный момент "времени" покажет, что вселенная конечна и немного неоднородна - есть центр, наиболее старый, и "края", которые продолжают расширяться.
Но как это воспримет наблюдатель внутри вселенной (frog's view в терминологии Макса Тегмарка?)
В пространстве не развешаны часы, показывающие время, поэтому внутренний наблюдатель делает свои выводы по состоянию материи - насколько далеко прошла она от распада ложного вакуума. Изгиб начального пузыря очень мал и не наблюдаем. Поэтому кривые для внутреннего наблюдателя становятся прямыми, а Вселенная - бесконечной
То есть бесконечно расширяющееся конечная Вселенная предстает для внутреннего наблюдателя бесконечной. Происходит ре-интерпертация бесконечного времени (где происходит расширение) в бесконечность пространства.
Зеркальная Вселенная
Недавно вышла статья про это. Картинка хорошо это иллюстрирует:
Так как энтропия в момент Большого Взрыва минимальна, а наблюдатель внутри вселенной всегда воспринимает время, как идущее в сторону увеличения энтропии, время идет в сторону от Большого взрыва (хотя в координатах 'bird's view', в разные стороны)
Четная Вселенная
Это моя идея. Во всяком случае, ее не раскритиковали на PhysicsForums. Идея похожа на предыдущую, но рассматривается в рамках MWI - многомировой интерпретации квантовой физики. В этой интерпретации универсальная волновая функция U(t) содержит все возможные ветви развития событий и детерминирована. А значит, в примере выше U(t) = U(-t), то есть это просто четная функция.
Но если правая и левые части тождественно одинаковы, то можем ли мы считать эти вселенные разными? Нет, это одно и тоже. То есть мы взяли лист, где нарисованы правая и левая часть, перегнули его в t=0 и сложили пополам.
Как и с зеркальной вселенной, в районе t=0 время никуда не направлено, никуда не идет.
Туннелирование из ничего
Оказывается, ложный, сверхплотный вакуум, который, как мы знаем, склонен к инфляции - расширению с чудовищной скоростью, может быть стабилен, если 'капля' такого вакуума меньше некоего критического размера Rcrit - эту каплю стабилизирует аналог поверхностного натяжения.
Однако, абсолютно стабильной такая капля быть не может - она может спонтанно туннелировать в состояние с R > Rcrit:
Как всегда, вероятность туннелирования падает экспоненциально:
Конечно, вы спросите - а изначальная капля откуда взялась? Вот здесь самое элегантное. Обратите внимание, что при R=0 вероятность не обращается в ноль! То есть большая капля может туннелировать из ... ничего!
Философское замечание N1: И да, получается что физические законы существуют ДО того, как что-то возникло. Чистый платонизм.
Философское замечание N2: В какой момент времени произошло туннелирование? Это бессмысленный вопрос, мы просто можем принять этот момент за t=0. Задание любого другого числа вместо 0 ни на что не повлияет, грубо говоря мы здесь имеем gauge invariance для времени.
Big Rip - reset
Извините, это еще одна моя идея. Рассматривается сценарий Big Rip - Большого Разрыва. Ускоренное расширение приводит к обязательному появлению космологических горизонтов - в частности, наш сейчас находится на расстоянии 46 миллиардов световых лет.
Любые горизонты излучают - вы наверное слышали о том, что черные дыры медленно испаряются через свои горизонты с помощью излучения Хокинга. Этот процесс очень медленный, но не потому, что излучение Хокинга плохо генерится - оно создается чудовищно интенсивно - просто оно в чудовищной же степени ослабляется гравитационным полем черной дыры. Для космологических горизонтов такой проблемы нет, но они очень далеко и излучение от них слабое.
Но в сценарии Big RIP горизонты приближаются - и ближе к концу они будут сколь угодно близко. Пространство заполняется излучением, которое повышает среднюю плотность. Я вынес эту мысль в PhysicsForums, сделав типичную вещь для crackpot, см. crackpot index, а именно номер 15:
10 points for each statement along the lines of "I'm not good at math, but my theory is conceptually right, so all I need is for someone to express it in terms of equations".
Как ни странно, это прокатило, и народ быстро прикинул, что плотность излучения Хокинга растет так быстро, что остановит Big Rip! После этого мир будет снова горячей квагмой, как будто сразу после распада ложного вакуума.
Главной проблемой циклических вселенных является нарастание энтропии, но здесь этого нет - энтропия 'размазывается' по огромному объему. Примерно как инфляция пространства скрывает все, что было до нее: война инфляция все спишет.
Теперь я думаю о пунктах 21 и 25.
Eternal Inflation
Тема очень известная и есть много хороших источников. Добавлю: "пузыри" конечного размера, не означает, что получающиеся из них вселенных конечны. "Пространство", где это дерево растет, называется "Bulk".
Дарвинизм черных дыр
Идея Смолина. Если кратко, то внутри черной дыры нет сингулярности, а образуется новая вселенная, правда, недоступная извне. Впрочем, именно это предсказывает сестра Общей Теории Относительности - ОТО Эйнштейна - Картана.
Такая теория похожа на Eternal Inflation, но тут больше 'детей' у вселенных, где больше черных дыр, то есть, где есть звезды. Если параметры вселенных при их рождении могут варьироваться, то возможен аналог "естественного отбора".
Я что-то забыл?
Комментарии (36)
Vsevo10d
02.05.2022 14:03+10Спасибо за crackpot evidence, надо такой же для биологии разработать. 5 баллов, если вы постулируете новые свойства воды, 10 баллов, если вы академик РАЕН...
trdm
04.05.2022 21:35Можно продолжить вакханалию и приплести религию.
Индусы уже тысячи лет нам намекают про существование нескольких "миров", в т.ч. наш материальный космос как одного из миров(измерений?). Причем называют его "проявленным", прямо намекая на то что строительные материалы для него пришли из другого "мира(измерения?)" — т.н. "причинного". В котором такое явление как "время" не существует вовсе. Время по их мнению связано исключительно с материей. Причем они плотно увязывают течение времени с количеством материи — чем больше её тем быстрее течет время.
такая вот точка зрения, причем многократно закрепленная множеством упоминаний в их СП.
Goupil
02.05.2022 14:38+21Как писал кажется Хоккинг спрашивать что было до большого взрыва все-равно что спрашивать что севернее северного полюса.
Sap_ru
02.05.2022 16:42+6Куча нестыковок и произвольных допущений на первый взгляд.
Например. "Любые горизонты излучают.." - крайне голословно, тем более, что речь идёт о некотором абстрактном горизонте, который определяется именно тем, что НЕ ИЗЛУЧАЕТ. Точнее, что никакое излучение до нас не доходит. А дальше какие-то колоссальные выводы из этого странного утверждения.
Но допустим - разрыв связей, асимметрия, излучение Хоккинга. Дальше всё наполняется энергией излучения.
Но мы же говорим о ситуации, экстремального расширения пространства (раз горизонт разрыва уже "близко"). Даже если что-то будет излучаться и дойдет, то это излучение будет крайне ослаблено расширение пространства, которое любому излучению или частице придётся преодолеть до наблюдателя. Опять же, по определению горизонта, который это излучение порождает. Откуда "наполненность" пространства излучением и энергией? Чтобы такое утверждать, нужно это сначала математически доказать - что баланс излучаемой энергии и инфляции пространства будет положительным и будет оставаться таковым длительное время. Вот этот критический шаг как-то пропущен.
askv
02.05.2022 17:54+3Меня в свое время впечатлила Конформная циклическая космология, где-то на ютубе была лекция с подробным объяснением от автора теории - мне кажется, Вы этот вариант пропустили.
astronom
03.05.2022 05:03Да, это лекция Пенроуза, когда он приезжал в Москву, он читал её на Политехе, там был аншлаг. Некоторые научные группы в США занимаются этой теорией, но, в целом, она считается немного не мэйнстримной…
Лекция называется «Роджер Пенроуз — КРУГИ ВРЕМЕНИ: Можно ли сквозь Большой Взрыв разглядеть предыдущую Вселенную?»
Кстати, эта лекция по его книге nuclphys.sinp.msu.ru/books/astro/%D0%9F%D0%B5%D0%BD%D1%80%D0%BE%D1%83%D0%B7_%D0%A0.pdf «Циклы времени»
LaRN
02.05.2022 18:42+2Если верить Хоукингу чёрные дыры испаряются, т.е. выходить что получившиеся из них новые вселенные тоже испаряются. А раз так-то бесконечной инфляции не выйдет.
nickolas059
02.05.2022 20:21-9Немного оффтоп, но теорию Хокинга как идею открыл академик Зельдович, а Хокинг уже доработал. Я свечку не держал при тех событиях, но слышал такое мнение. Думаю важно поделиться этим
Melirius
03.05.2022 11:26+1Там более закрученная история, можете её почитать в доступном изложении в книге Торна о "дерзком наследии Эйнштейна".
LaRN
02.05.2022 20:20+5А что случается при слиянии чёрных дыр? Порождённые ими вселеные тоже должны сливаться?
Tyusha
03.05.2022 07:57Понятно, что ответа сейчас быть не может, но тогда уж логичнее предположить, что между ними также появится тоннель.
LaRN
03.05.2022 11:23Очень экстравагантно выглядид. В мгновение, посреди пустого пространства возникает чёрная дыра ну или что-то еще, чем мог бы быть туннель между вселенными. Это наверно должно было бы породить мощную гравитационную волну. Ну и если описанная теория имеет хоть что-то общее с реальностью, то такие волны рано или поздно могли бы зафиксировать, нужные технологии уже имеются.
Tzimie Автор
03.05.2022 11:27Нет, потому что гравитационная волна не может выйти изнутри черной дыры по той же причине, что и свет
rusec
02.05.2022 20:52+1Забыл всё циклические модели.
anatolykern
03.05.2022 03:43+1Точно. И зря коммент минусуют - https://www.youtube.com/watch?v=xWKj5yJRk74
ramyalexis
02.05.2022 21:37Туннелирование из ничего показалось самой адекватной моделью на мой взгяд. Хотя бы на дилетантском уровне понянто, что может появится что-то из ничего в такой интерпритации.
Ну и есть "аналог" в квантовом мире при туннелировании электрона, так что не совсем чушь какая-то )
odins1969
03.05.2022 07:09Аналог в квантовом мире предпологает наличие исходной субстанции- частиц с физ. свойствами. А те имеют определенный генезис. А тут что есть "НИЧЕГО" Это аналог Пустого множества?
Tzimie Автор
03.05.2022 10:34Да
odins1969
04.05.2022 17:25https://ru.wikipedia.org/wiki/Пустое_множество ну тогда следуя его свойствам мы имеем противоречие. Если ложный ваккум имеет энергию !=0 то это уже не ∅ . Мера пустого множества =0 . Ну т .д. Похоже что то не то с таким определением
Tzimie Автор
04.05.2022 20:25Я имел в виду состояние до туннелирования, когда нет ничего, вакуума в том числе
Dolios
03.05.2022 00:23+3На тему того, где все взорвалось и куда все движется.
Сергей Попов часто в своих лекциях приводил такую аналогию. Представьте себе 2 бесконечные параллельные плоскости, которые сближаются. Когда они столкнулись друг с другом (плоский "большой взрыв"), они стали одной плоскостью и эта плоскость начала расширяться во все стороны, оставаясь, при этом плоскостью. Жителям каждой точки этого плоского мира будет казаться, что все разбегается от них. А в их реальности, на самом деле, "всё" взорвалось "везде" без конкретной точки и расширяется без какого-либо изначального центра.
sokol_9
03.05.2022 05:48-6Зачем человеку, не относящемуся к иерархии научных чиновников, гипотеза большого взрыва и тому подобное из космологии? Кроме того, что учёные хотят выглядеть очень умными и важными, ничего не понятно.
odins1969
03.05.2022 07:02И все же, если ложный вакуум это энергия, значит она должна иметь энергетическое поле. Поле как физический объект должен определяться параметрами , в т.ч такими когда они его порождают. Вопрос- что значит поле из ничего?? мы имеем хотя бы один аргумент экспер. подобный этого ?? тут по моему возникает парадокс.
Tzimie Автор
03.05.2022 10:36Конечно имеем, ведь энергия глобально не сохраняется (surprise, surprise!)
Мифы современной физики. Законы сохранения / Хабр (habr.com)
ninJo
03.05.2022 07:09+1мы своим человеческим мозгом мыслим временными понятиями и причинно следственными связями. А что если нету времени? Значит нету никакого до, и после. Время это просто движение в пространстве, которое наш мозг воспринимает как время. Пространство и есть время, оно просто существуют и у него нету ни начала, ни конца. Невозможно это человеческими словам объяснить. Прочтите книгу Давида Дойча структура реальности, там более подробно эта тема раскрыта.
Oz_Alex
03.05.2022 08:57+2А что если нету времени? Значит нету никакого до, и после.
А что если время есть? Значит есть «до» и «после». В эту игру можно играть вдвоём.Невозможно это человеческими словам объяснить. Прочтите книгу Давида Дойча структура реальности, там более подробно эта тема раскрыта.
Взаимоисключающие параграфы во всей красе.
Эта книга написана человеческими словами? Значит она ничего не объясняет.ninJo
03.05.2022 09:12-1Хорошо подметил %)
Я к тому, что в силу строения человеческого мозга и особенностей нашего сознания, людям свойственно искать причинно следственные связи. И понятие времени кажется неотъемлимым атрибутом вселенной.
Может и не невозможно, но крайне сложно объяснить и еще тяжелее понять, потому что это противоречит всему что каждый человек считает самим собой разумеющимся.Вот в этом видео довольно неплохо объясняется, то что я пытаюсь донести:
https://www.youtube.com/watch?v=03OsXsgvt8I
sim2q
05.05.2022 00:07Эта книга написана человеческими словами? Значит она ничего не объясняет.
Напомнило : Праджняпарамита - ни речью, ни мыслью невыразимая...
odins1969
03.05.2022 10:03т.е вы отрицаете онтологичность физических объектов ? Если нет, то сам факт динамики ,т.е изменений уже говорит о том что есть последовательность, как минимум состояний. Чем вам не время?
insolitam
Я где-то читал, что если учесть что пространство многомерно, то надобность в сингулярностях и бесконечностях исчезает.