Что было до Большого Взрыва?
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 другим местах это 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».
