Концепция Большого взрыва о происхождении вселенной утверждает, что все вещество и энергия берут начало 13,7 млрд. лет назад из одной точки сверхплотной материи. После чего вселенная начала расширяться. Вначале это расширение было взрывным и получило название инфляции. Затем, с появлением массы и за счет влияния гравитации расширение может замедляться, либо расширяться с постоянной скоростью, либо расширение может быть ускоренным. В зависимости от того, по какому сценарию пойдёт расширение или это расширение сменится сжатием, зависит дальнейшая судьба вселенной. Ниже (рис. 6.4-1,2,3) приводятся возможные сценария развития вселенной в будущем.

Рис. 6.4-1 Пульсирующая модель вселенной. После Большого взрыва вселенная расширяется, затем её расширение сменяется сжатием и все повторяется снова.

Рис. 6.4-2.Вселенная, достигшая точного значения критической плотности вещества, замедляет расширение, и оно остается постоянным. Вселенная представляется евклидовой.

Рис. 6.4-3. Равномерно расширяющаяся во времени вселенная. Данная модель удовлетворяет данным о средней плотности нашей вселенной

Рис. 6.4-4.Вселенная расширяется с нарастающей скоростью под влиянием «темной» энергии – отрицательной гравитации. И, несмотря на евклидовость вселенной, подавляющее большинство галактик в будущем будет недоступна наблюдателю. Модель Большого разрыва.

Модель А.Гута

Несмотря на успехи модели горячей вселенной, не удается объяснить многие особенности современной вселенной. Например, современная вселенная состоит из огромного числа областей, которые в рамках модели Большого взрыва никогда за всю ее историю не могли быть в причинной связи друг с другом. Так называемая «проблема горизонта» затрудняла объяснение однородности реликтового фонового излучения. Однако с доказательством его слабой неоднородности и поляризованности, эта проблема может быть уже снята.

Существенны и противоречия, связанные с «проблемой кривизны» пространства Метагалактики. В модели горячей вселенной предсказывается, что кривизна ее растет со временем. Однако наблюдательная астрономия свидетельствует скорее о том, что геометрия пространства наблюдаемой вселенной плоская. Вселенная может иметь такую кривизну только в том случае, если в самом начале расширения она была почти плоской – с точностью 10^-60.

Ученым удалось сфотографировать область Вселенной с возрастом всего несколько сотен тыс. лет от начала Большого взрыва. Она представляет собой почти изотропную часть реликтового водорода и гелия.

Обнаружена планета в созвездии скорпиона с возрастом 12 млрд. 700 млн. лет. Это всего на миллиард моложе возраста Вселенной.

На «краю» Метагалактики на расстоянии почти 12,7 млрд. световых лет обнаружены экзотические объекты, которые могли образоваться в первые периоды жизни Вселенной. Этими объектами оказались квазары.

Модель горячей Вселенной не может в достаточной степени объяснить появление крупномасштабных образований, таких как галактики, не прибегая к экзотическому варианту ифляционной стадии развития вселенной.

В 1980 г. А.Гут из массачусетского технологического института предложил альтернативную Большому взрыву модель раздувающейся вселенной, в которой Большой взрыв испытывает сбой в самом начале. То есть отличие состоит в том, что в этой модели вселенная проходит через очень кратковременную фазу (около 10^-33 с) чрезвычайно быстрого расширения (инфляции). За это время Вселенная из размера 10^-33 см должна претерпеть грандиозное увеличение до размера 1030 раз, то есть достичь десяти метров. Это допущение Гута решает проблему горизонта, поскольку наблюдаемая вселенная рождается из области достаточно малой для существования причинной связи. Исчезает и проблема кривизны, поскольку в результате колоссального расширения вселенная выглядит плоской. Решается и проблема флуктуаций плотности.

Причина возникновения стадии инфляции А. Гутом объясняется в существовании особой формы материи. Если в модели горячей вселенной пространство равномерно заполняется плазмой и пылью, то в модели Гута это пространство состоит из частиц скалярного поля, которые ведут к созданию отрицательного давления. Гравитация превращается в силу отталкивания, поэтому и происходит инфляция. В конце фазы инфляции распад вещества скалярного поля разогрел (первоначально холодную) вселенную до очень высокой температуры. Далее эволюция следует сценарию Большого взрыва.

Быстрое расширение вселенной в фазе инфляции превращает первоначальные незначительные (квантовые) флуктуации однородного реликтового излучения в макроскопические неоднородности плотности в последующем.

Однако введение в модель Большого взрыва инфляционной фазы вселенной не освобождает её наблюдаемое состояние от предположений о начальных условиях. Этим начальным условием является сингулярность. Неизбежность сингулярности, являющаяся следствием теорем о сингулярности, доказанных Хокингом и Р.Пенроузом из Оксфордского университета в 60 годах прошлого столетия, показывает, что в этих условиях сверхплотного вещества в бесконечно малом пространстве не действуют обычные физические законы. А действуют принципы квантовой теории, разработанные Н.Бором, Э.Шредингером, В.Гейзенбергом, П.Дираком и др. Чтобы изучить ситуацию в окрестности сингулярности требуется не просто квантовая теория, а теория квантовой гравитации. В основе разрабатываемых направлениях квантовой гравитации проблема начала (сингулярности) может заключаться не в точке, а в пространстве чашеобразной области с мнимым временем. Вскоре после «квантового творения» вселенная стала развиваться в соответствии с классическим сценарием в реальном физическом времени.

Таким образом, согласно квантовой теории космологии вселенная возникла из «квантового шума» ¹ в результате просачивания через потенциальный барьер и дальнейшей классической эволюции. Признаки квантового творения можно было бы обнаружить, как показал в 1987 г. Л.П. Грищук из Государственного астрономического института им. Штернберга в Москве, наблюдая гравитационные волны. Пока не удалось этого сделать. Но проблема поставлена, следовательно, есть возможность получить ответ на основе удивительных детекторов, которые смогли бы зарегистрировать гравитационные волны.

Ссылки