Коротка відповідь: ми насправді не знаємо, як був створений Всесвіт, хоча більшість астрофізиків вважають, що він почався з Великого Вибуху.
Ми знаємо, що живемо у Всесвіті, що розширюється. Це означає, що весь Всесвіт стає більшим з кожним днем. Це також означає, що в минулому наш Всесвіт був меншим, ніж сьогодні. Перемотайте цю стрічку досить далеко назад, і фізика припустить, що наш Всесвіт колись був нескінченно крихітною, нескінченно щільною точкою — сингулярністю.
Більшість фізиків вважають, що ця точка розширилася під час Великого вибуху, але оскільки вся відома фізика руйнується в екстремальних умовах, які панували в зародковому стані нашого Всесвіту, важко з упевненістю сказати, що відбувалося в ті найдавніші моменти існування Всесвіту.
Повертаючись у минуле
Протягом більшої частини історії Всесвіту він був усіяний подібними небесними об’єктами, які є зараз, — просто вони були ближче один до одного.
Наприклад, коли нашому Всесвіту було менше 380 000 років, його об’єм був приблизно в мільйон разів менший, ніж сьогодні, і його середня температура становила близько 10 000 кельвінів. Він був настільки гарячим і щільним, що це була плазма, стан матерії, де атоми розриваються на протони, нейтрони та електрони. Однак ми стикаємося з плазмою в багатьох інших ситуаціях у космосі та на Землі, тому ми досить добре розуміємо, як вона працює.
Але чим далі ми повертаємось назад, тим складнішою стає фізика. Коли Всесвіту було лише десяток хвилин, він був інтенсивним супом із протонів, нейтронів і електронів, який усе ще керував тією ж фізикою, яку ми використовуємо для розуміння ядерних бомб і ядерних реакторів.
Однак якщо ми озирнемося ще раніше, то все стане справді схематичним.
Коли ми намагаємося зрозуміти Всесвіт, коли йому було менше секунди, ми не маємо жодної теорії фізики, яка б могла впоратися з шалено високими температурами та тиском, які відчував Всесвіт. Усі наші теорії фізики руйнуються, і ми не маємо розуміння того, як частинки, сили та поля діють за таких умов.
Народження сингулярності
Фізики можуть скласти схему зростання космосу, використовуючи загальну теорію відносності Ейнштейна, яка пов’язує вміст космосу з історією його розширення.
Але теорія Ейнштейна містить фатальну помилку. Якщо ми дотримуємося загальної теорії відносності до її кінцевого висновку, то в кінцевий час у минулому весь наш Всесвіт був утиснутий в одну нескінченно щільну точку. Це відоме як сингулярність Великого вибуху.
Сингулярність часто називають «початком» Всесвіту: але це зовсім не початок.
З математичної точки зору, сингулярність під час Великого вибуху не говорить нам про те, що Всесвіт почався там. Натомість це говорить нам про те, що сама загальна теорія відносності зруйнувалася і втратила свою передбачувальну та пояснювальну силу.
Фізики давно знають, що загальна теорія відносності є неповною. Вона не може пояснити гравітацію високої сили або в малих масштабах, відому як квантова гравітація. Іншими словами, щоб повністю зрозуміти найдавніші моменти Всесвіту, нам потрібна нова фізика.
Питання на віки
На жаль, такої фізики нам зараз бракує. У нас є кілька кандидатів на квантову гравітацію, як-от теорія струн і петлева квантова гравітація, але ці теорії ще не були повністю розроблені, не кажучи вже про дослідження.
Але якщо будь-яка з цих теорій правильна, вони можуть розповісти нам цікаві речі про ранній Всесвіт.
У випадку петльової квантової гравітації сингулярність замінюється шматком простору-часу кінцевого розміру.
Тим часом у теорії струн наш Всесвіт походить із «ландшафту» можливих всесвітів. Також можливо, що наш Великий Вибух існує лише як один із нескінченної серії Весвітів, які без кінця множаться в мультивсесвіті. Лише подальший прогрес у теоретичній фізиці допоможе розібратися в туманності цих можливих ідей.
Але є інша проблема: можливо, ми ніколи не дізнаємося, що стало причиною Великого вибуху. У найперші його моменти навіть самі наші уявлення про час і простір руйнуються. У таких екстремальних масштабах нормальні повсякденні поняття, як-от «початок» і «до», можуть навіть не мати сенсу.
Пол Саттер, астрофізик
