Что, если бы у Вселенной не было начала?

В начале было ... Ну, может быть, и не было никакого начала. Возможно, наша Вселенная существовала всегда - и новая теория квантовой гравитации показывает, как это может работать.<br>"В реальности есть так много вещей, которые большинство людей ассоциировали бы с научной фантастикой или даже фантазией", - сказал Бруно Бенто, физик, изучающий природу времени в Ливерпульском университете в Великобритании.<br>В своей работе он использовал новую теорию квантовой гравитации, называемую теорией причинных множеств, в которой пространство и время разбиты на дискретные куски пространства-времени. Согласно этой теории, на каком-то уровне существует фундаментальная единица пространства-времени.<br>Бенто и его сотрудники использовали этот подход, основанный на причинно-следственных связях, для изучения начала Вселенной. Они обнаружили, что вполне возможно, что у Вселенной не было начала - что она всегда существовала в бесконечном прошлом и только недавно эволюционировала в то, что мы называем Большим взрывом.<br><b>Квант гравитации</b><br>Квантовая гравитация, пожалуй, самая неприятная проблема, с которой сталкивается современная физика. У нас есть две чрезвычайно эффективные теории Вселенной: квантовая физика и общая теория относительности. Квантовая физика успешно описала три из четырех фундаментальных сил природы (электромагнетизм, слабое взаимодействие и сильное взаимодействие) вплоть до микроскопических масштабов. С другой стороны, общая теория относительности является самым мощным и полным описанием гравитации, когда-либо разработанным.<br>Но при всех своих сильных сторонах общая теория относительности неполна. По крайней мере в двух конкретных местах во Вселенной математика общей теории относительности просто ломается, не давая надежных результатов: в центрах черных дыр и в начале Вселенной. Эти области называются "сингулярностями", которые являются точками в пространстве-времени, где рушатся наши нынешние законы физики, и они являются математическими предупреждающими знаками того, что общая теория относительности спотыкается сама о себя. В пределах обеих этих сингулярностей гравитация становится невероятно сильной в очень малых масштабах длины.<br>Таким образом, чтобы разгадать тайны сингулярностей, физикам необходимо микроскопическое описание сильной гравитации, также называемое квантовой теорией гравитации. Существует множество претендентов, включая теорию струн и петлевую квантовую гравитацию.<br>И есть еще один подход, который полностью переписывает наше понимание пространства и времени.<br><b>Теория причинных множеств</b><br>Во всех современных теориях физики пространство и время непрерывны. Они образуют гладкую ткань, которая лежит в основе всей реальности. В таком непрерывном пространстве-времени две точки могут быть как можно ближе друг к другу в пространстве, и два события могут произойти как можно ближе друг к другу во времени.<br>Но другой подход, называемый теорией причинных множеств, переосмысливает пространство-время как серию дискретных фрагментов, или "атомов" пространства-времени. Эта теория установила бы строгие ограничения на то, насколько близкими могут быть события в пространстве и времени, поскольку они не могут быть ближе, чем размер "атома".<br>Например, вы смотрите на экран читая статью, все кажется плавным и непрерывным. Но если бы вы посмотрели на один и тот же экран через увеличительное стекло, вы могли бы увидеть пиксели, разделяющие пространство, и вы бы обнаружили, что невозможно приблизить два изображения на экране ближе, чем на один пиксель.<br>Эта теория физики взволновала Бенто. "Я был взволнован, обнаружив эту теорию, которая не только пытается стать как можно более фундаментальной - быть подходом к квантовой гравитации и фактически переосмыслить само понятие пространства-времени, - но которая также отводит центральную роль времени и тому, что физически означает прохождение времени, насколько физически ваше прошлое на самом деле и существует ли будущее уже или нет", - сказал Бенто в интервью Live Science.<br><b>Начало времен</b><br>Теория причинно-следственных связей имеет важное значение для природы времени.<br>"Огромная часть философии причинно-следственных связей заключается в том, что течение времени является чем-то физическим, что его не следует приписывать какой-то возникающей иллюзии или чему-то, что происходит в нашем мозгу, что заставляет нас думать, что время проходит; это прохождение само по себе является проявлением физической теории", - сказал Бенто. "Итак, в теории причинных множеств причинное множество будет расти по одному "атому" за раз и становиться все больше и больше".<br>Подход с причинно-следственными связями аккуратно устраняет проблему сингулярности Большого взрыва, потому что в теории сингулярностей не может существовать. Материя не может сжаться до бесконечно крошечных точек - они могут стать не меньше размера атома пространства-времени.<br>Итак, как выглядит начало нашей Вселенной без сингулярности Большого Взрыва? Именно здесь Бенто и его коллега Став Залель, аспирант Лондонского Имперского колледжа, подхватили нить, исследуя, что теория причинных множеств может сказать о начальных моментах Вселенной. Их работа опубликована в статье, опубликованной 24 сентября в базе данных препринтов arXiv.<br>В статье рассматривался вопрос о том, "должно ли существовать начало в подходе причинно-следственных связей", - сказал Бенто. "В первоначальной формулировке и динамике причинно-следственных связей, классически говоря, причинно-следственная связь вырастает из ничего во вселенную, которую мы видим сегодня. Вместо этого в нашей работе не было бы Большого взрыва в качестве начала, поскольку причинно-следственная связь была бы бесконечной по отношению к прошлому, и поэтому всегда что-то было раньше".<br>Их работа подразумевает, что Вселенная, возможно, не имела начала - что она просто всегда существовала. То, что мы воспринимаем как Большой взрыв, возможно, было просто определенным моментом в эволюции этого всегда существующего причинно-следственного набора, а не истинным началом.<br>Однако предстоит еще многое сделать. Пока неясно, может ли этот беспричинный причинно-следственный подход позволить создать физические теории, с которыми мы можем работать, чтобы описать сложную эволюцию Вселенной во время Большого взрыва.<br>"Все еще можно спросить, можно ли интерпретировать этот подход к причинно-следственным связям "разумным" образом или что физически означает такая динамика в более широком смысле, но мы показали, что структура действительно возможна", - сказал Бенто. "Так что, по крайней мере, математически это можно сделать".<br>Другими словами, это ... начало.