ЧТО ТАКОЕ ТЕОРИЯ КОЛЕБЛЮЩЕЙСЯ ВСЕЛЕННОЙ? - НАУКА - 2025

Теория осциллирующей или циклической вселенной предполагает, что Вселенная неограниченно расширяется и сжимается. Ричард Толман (1881-1948), математик из Калифорнийского технологического института, около 1930 года предложил математически обоснованную теорию пульсирующей Вселенной.

Но эта идея не была новой для времен Толмена, поскольку древние ведические писания уже предлагали нечто подобное около 1500 г. до н.э., заявляя, что вся вселенная содержится в космическом яйце под названием Брахманда.

Рис. 1. Вид на глубокую Вселенную с телескопа Хаббл. В настоящее время Вселенная расширяется, но, согласно теории осциллирующей Вселенной, наступает время, когда она сжимается. Источник: Wikimedia Commons.

Благодаря Эдвину Хабблу (1889-1953) было доказано, что Вселенная в настоящее время расширяется, что, по мнению большинства астрономов, в настоящее время ускоряется.

Предложение теории колеблющейся Вселенной

Толмен предполагает, что расширение Вселенной происходит благодаря начальному импульсу Большого взрыва и остановится, как только этот импульс прекратится из-за действия гравитации.

Действительно, русский космолог Александр Фридман (1888-1925) уже математически представил в 1922 году идею о критической плотности Вселенной, ниже которой она расширяется без гравитации, способной этому помешать, а над ней - то же самое. Гравитация предотвращает расширение и вызывает его сжатие, пока оно не схлопнется.

Что ж, в своей теории Толмен предсказывает, что плотность Вселенной достигнет точки, в которой расширение прекратится благодаря гравитационному тормозу, и начнется фаза сжатия, называемая Big Crunch.

Во время этой фазы галактики будут становиться все ближе и ближе, образуя огромную невероятно плотную массу, вызывая предсказанный коллапс.

Теория также постулирует, что у Вселенной нет определенного начала и конца, поскольку она строится и разрушается попеременно циклами в миллионы лет.

Первозданная материя

Большинство космологов принимают теорию Большого взрыва как происхождение Вселенной, которая образовалась в результате великого изначального взрыва из особой формы материи и энергии невообразимой плотности и огромной температуры.

Из этого великого первоначального атома возникли известные нам элементарные частицы: протоны, электроны и нейтроны в форме, называемой илем, греческого слова, которое мудрый Аристотель использовал для обозначения изначальной субстанции, источника всей материи.

Илем постепенно охлаждается по мере расширения, с каждым разом становясь все менее плотным. Этот процесс оставил во Вселенной след радиации, который теперь обнаружен: фон микроволнового излучения.

Элементарные частицы начали соединяться друг с другом и в считанные минуты образовывать известную нам материю. Таким образом, илем последовательно трансформировался в одну и другую субстанцию. Идея илема - это именно то, что породило идею пульсирующей Вселенной.

Согласно теории пульсирующей вселенной, до достижения этой расширяющейся фазы, в которой мы находимся сейчас, возможно, существовала другая вселенная, похожая на нынешнюю, которая сжалась, образуя илем.

Или, может быть, наша первая из циклических вселенных, которые произойдут в будущем.

Большой взрыв, большой хруст и энтропия

Согласно Толмену, каждая последовательность колебаний во Вселенной начинается с Большого взрыва, в котором илем дает начало всей известной нам материи, и заканчивается Большим сжатием, коллапсом, при котором Вселенная коллапсирует.

В промежутке времени между одним и другим вселенная расширяется до тех пор, пока гравитация не останавливается.

Однако, как понял сам Толмен, проблема заключается во втором законе термодинамики, который гласит, что энтропия - степень беспорядка - системы никогда не уменьшается.

Следовательно, каждый цикл должен был бы быть длиннее предыдущего, если бы Вселенная могла сохранить память о своей предыдущей энтропии. Увеличивая продолжительность каждого цикла, наступит момент, когда Вселенная будет стремиться бесконечно расширяться.

Другое следствие состоит в том, что согласно этой модели Вселенная конечна и в какой-то далекой точке в прошлом должна была иметь происхождение.

Чтобы решить эту проблему, Толмен заявил, что, включив релятивистскую термодинамику, такие ограничения исчезнут, допуская бесконечную серию сокращений и расширений Вселенной.

Эволюция Вселенной

Рис. 2. Параметр плотности определяет три возможные геометрии Вселенной. Источник: НАСА через Wikimedia Commons.

Русский космолог Александр Фридман, который также был великим математиком, открыл три решения уравнений Эйнштейна. Это 10 уравнений, которые являются частью теории относительности и описывают, как пространство-время изгибается из-за наличия материи и гравитации.

Три решения Фридмана приводят к трем моделям Вселенной: одной закрытой, одной открытой и третьей плоской. Возможности, предлагаемые этими тремя решениями:

-Расширяющаяся Вселенная может перестать расширяться и снова сжиматься.

-Расширяющаяся Вселенная может достичь состояния равновесия.

-Расширение может продолжаться до бесконечности.

Большой разрыв

Скорость расширения Вселенной и количество присутствующего в ней вещества являются ключами к распознаванию правильного решения из трех упомянутых.

Фридман подсчитал, что критическая плотность, о которой говорилось в начале, составляет плюс-минус 6 атомов водорода на кубический метр. Помните, что водород и гелий являются основными продуктами образования илема после Большого взрыва и самыми распространенными элементами во Вселенной.

До сих пор ученые соглашались с тем, что плотность нынешней Вселенной очень мала, поэтому с ее помощью невозможно создать силу тяжести, чтобы замедлить расширение.

Таким образом, наша Вселенная будет открытой вселенной, которая может закончиться Великой Разрывом или Большим разрывом, где материя разделена на субатомные частицы, которые никогда не объединятся. Это был бы конец известной нам вселенной.

Темная материя - ключ к успеху

Но вы должны принять во внимание существование темной материи. Темную материю нельзя увидеть или обнаружить напрямую, по крайней мере, на данный момент. Но его гравитационные эффекты действуют, поскольку его присутствие объясняет гравитационные изменения во многих звездах и системах.

Поскольку считается, что темная материя занимает до 90% Вселенной, вполне возможно, что наша Вселенная замкнута. В этом случае гравитация сможет компенсировать расширение, доведя его до Большого сжатия, как описано ранее.

В любом случае, это захватывающая идея, над которой до сих пор есть много поводов для размышлений. В будущем не исключено, что истинная природа темной материи, если она существует, будет раскрыта.

Для этого уже есть эксперименты в лабораториях Международной космической станции. Тем временем на земле также проводятся эксперименты по получению темной материи из нормальной материи. Полученные результаты станут ключом к пониманию истинной природы Вселенной.

Ссылки

1. Краг, Х. Циклические модели релятивистской Вселенной. Получено с: arxiv.org.
2. Перес, И. Происхождение и конец Вселенной. Получено с: revistaesfinge.com.
3. SC633. Истоки Вселенной. Получено с: sc663b2wood.weebly.com.
4. Вильянуэва, Дж. Теория колеблющейся Вселенной. Восстановлено: universetoday.com.
5. Wikipedia. Циклическая модель. Получено с: en.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Форма Вселенной. Получено с: en.wikipedia.org.