Наверное, еще со времен кроманьонцев, а может и раньше, люди стали задаваться вопросом: «Откуда все это взялось и чем, черт возьми, все это закончится?». Конечно, предположения разнились, но на данный момент есть две главенствующие версии.
Первая (религиозная) гласит, что все создал Бог, а закончится все для человека Страшным судом. Вторая (научная) утверждает, что Вселенная образовалась из одной точки (сингулярности) в результате Большого взрыва. И Вселенная будет расширяться бесконечно. Впрочем, у второй точки зрения есть различные трактовки. Одну из них рассмотрим ниже.
Общепринятая модель развития Вселенной
Итак, согласно общепринятой космологической модели, примерно 13,8 млрд. лет назад по непонятной причине Вселенная из состояния сингулярности начала стремительно расширяться, произошел так называемый Большой взрыв. Судить о том, что это событие в самом деле могло произойти можно по красному Допплеровскому смещению и реликтовому (остаточному) излучению. По крайней мере, так говорят астрофизики.
Что же должно произойти в будущем?
Согласно второму началу термодинамики изолированная система со временем должна достичь состояния хаоса. Если вспомнить очень нелюбимую студентами функцию энтропия, то это начало можно сформулировать (а формулировок этого закона много) как «Энтропия замкнутой системы возрастает». Касательно Вселенной это означает, что со временем все звезды погаснут, космические тела распадутся, а расширение будет продолжаться бесконечно долго.
Хотя описанный выше «Конец света» произойдет очень и очень нескоро, физиков и астрономов (а они ведь тоже люди!) подобная перспектива радовала мало. И они начали создавать альтернативные варианты дальнейшего существования Вселенной.
Альтернативой бесконечному расширению оказалось сжатие. При этом процессе разбегание галактик сперва будет замедляться. Затем остановится и галактики устремятся навстречу одна другой. Красное смещение заменится фиолетовым, охлаждение – разогревом, пока все Вещество Вселенной снова не соберется в сингулярность. А затем снова произойдет Большой взрыв, и цикл расширения и сжатия повторится.
В начале 30-х годов эта теория циклической Вселенной имела среди маститых ученых немало сторонников, ей отдавал должное даже Альберт Эйнштейн. Но в 1934 году Ричард Толман в своей работе доказал несостоятельность теории цикличности – всему виной оказалась энтропия. Возразить против Второго начала термодинамики и строгих научных выкладок было нечего. Однако физики и астрономы не желали полностью отказываться от идеи цикличности Вселенной и всячески искали способ обойти проблему возрастания энтропии.
Виллем де Ситтер, Георгий Гамов и некоторые другие известные физики призывали не отказываться от теории цикличности, а просто внести в нее определенные коррективы. Согласно их представлениям Вселенная после стадии расширения действительно начинает сжиматься, но это происходит не до момента стягивания всего вещества в одну точку, а только до достижения определенного критического размера объема. После этого происходит новая стадия расширения. И все повторяется.
Эта циклическая модель очень похожа на теорию Большого взрыва, поэтому и получила схожее название теория Большого отскока. До 1987 года термин «Большой отскок» в мировой научной литературе не зафиксирован, а затем в течение нескольких лет в немецко- и англоязычных публикациях.
Если подойти к теории «Большого отскока» со стороны квантовой теории, то получается, что в процессе сильного сжатия вещества меняется состояние квантовой пены (небольших областей в которых пространство-время меняет свои свойства подобно пене морского прибоя). Подобная изменчивость приводит к тому, что при приближении степени сжатия к критическому объему начинают коренным образом изменяться сами фундаментальные физические постоянные, такие как скорость света в вакууме и универсальная гравитационная постоянная.
На данный момент в рамках теории Большого отскока вряд ли возможно определить, когда наблюдаемое расширение сменится сжатием. Также невозможно выяснить является ли наша Вселенная первичной или появилась в результате Большого отскока (и какого конкретно по счету).
В 2003 году Питеру Линдсу удалось теоретически обосновать Большой отскок. Ему удалось доказать, что сжатие Вселенной до определенного размера не противоречит Второму началу термодинамики. С 2007 по 2011 годы Мартину Боджовальду из университета Пенсильвании удалось не только новую математическую модель квантовой гравитации, но и показать, как в рамках этой модели мы можем черпать данные о предыдущей Вселенной (в рамках теории Большого отскока).
В 2020 году Роберту Брандербергеру и Зивей Ван, сотрудникам университета Макгилла (Квебек, Канада), удалось математически просчитать, что с момента Большого взрыва до момента максимального расширения Вселенной проходит примерно 100 центиллионов лет (10^303 степени, или 1, а за ней 303 нуля). Затем наступит стадия сжатия, когда все вещество вселенной соберется в одну невообразимую дыру и последует новый Большой взрыв.