68 процентов физиков считают, что Большой взрыв не означает начало времени

Фото из открытых источников

В чём же сходятся мнения физиков? Судя по всему, не во многом. Таковы результаты масштабного опроса более 1600 физиков, посвященного главным открытым вопросам физики. Результаты исследования были опубликованы на платформе ArXiv.

Большинство участников назвали себя исследователями, а меньшинство — энтузиастами науки, поскольку не каждый физик в настоящее время занимается активными исследованиями, но может внимательно следить за развитием этой области. 

Тем не менее, крайне редко встречается ситуация, когда у физика — действующего или нет — нет собственного мнения по какому-либо вопросу. И эта группа ученых не разочаровала. 

Первый заданный вопрос касался Большого взрыва и того, что мы считаем началом Вселенной. В этом вопросе большинство физиков сошлись во мнении. Целых 68 процентов из них считают, что Большой взрыв произошел в горячем, плотном состоянии, но это не говорит нам о том, началось ли время именно там или нет.

Особые 5 процентов считают это абсолютным началом времени, но не в сингулярности, в то время как 20 процентов принимают как сценарий сингулярности, так и начало времени. Остальные либо придерживались других взглядов, либо не имели мнения по этому поводу.

Следующий важный вопрос касался древнейшей Вселенной. Когда мы заглядываем далеко в космос, мы видим поразительное единообразие: каждая часть Вселенной выглядит примерно одинаково. Это неожиданно.

Для решения этой проблемы единообразия была выдвинута гипотеза космической инфляции, согласно которой через доли секунды после Большого взрыва Вселенная претерпела колоссальное расширение. Чуть более половины (51 процент) опрошенных согласились с этим сценарием.

Остальные физики придерживались всегда забавной гипотезы о «скачках» или цикличности Вселенной — идеи о том, что Вселенная повторяется, переживая циклы расширения и коллапса, — или каких-то других странных причуд физики, не связанных с космической инфляцией.

Затем мы переходим к трем главным открытым вопросам космологии: что такое темная материя? Что такое темная энергия? И что происходит с напряжением Хаббла?

Темная материя — это гипотетическая форма материи, необходимая для объяснения вращения галактик и их распределения во Вселенной, поскольку они выглядят так, будто содержат в пять раз больше материи, чем мы можем наблюдать в звездах и газе. 

Возможные объяснения этому включают в себя чрезвычайно легкие частицы, довольно массивные частицы, изменение гравитации или даже первичные черные дыры. Наиболее вероятный ответ, получивший 21 процент голосов, представлял собой гибрид вышеперечисленных предположений.

Для объяснения ускоренного расширения Вселенной необходима темная энергия. Считается, что она либо является свойством всего пространства-времени, так называемой «космологической постоянной», либо полем, способным изменяться со временем. Хотя первое объяснение по-прежнему является основным, второе получило новое подтверждение в ходе наблюдений. 

Однако мнения в этой области разделились: 24 процента физиков поддерживают космологическую постоянную, а 26 процентов считают, что она изменяется со временем.

Это приводит нас к проблеме «напряжения Хаббла». Скорость расширения Вселенной сегодня можно измерить несколькими способами. Два основных подхода — это использование первого света во Вселенной, космического микроволнового фона, или использование сверхновых и других звездных объектов в качестве индикаторов расстояния. Два числа, полученные в результате этих наблюдений, должны быть одинаковыми, но это не так.

Итак, что же думают физики? Победителем в этом вопросе стал лагерь «нет мнения», что является поистине шокирующим результатом, и я говорю это как физик. 

Остальные разделились во мнениях: одни считают, что проблемы связаны с измерениями, другие — с изменениями в тёмной энергии, третьи — с какими-то странными эффектами квантовой гравитации.

Изучение космоса хорошо сочетается с изучением микроскопического мира. Квантовая механика особенно актуальна для теории Большого взрыва, черных дыр и даже фундаментальной теории гравитации.

Первый вопрос касался самой квантовой механики, то есть, по сути, природы реальности. Ведущая идея, также отраженная в опросе (36%), — это Копенгагенская интерпретация, которая утверждает, что природа по своей сути вероятностна. Известная альтернатива — это интерпретация множества миров, которая утверждает, что каждое наблюдение квантового состояния порождает параллельную вселенную.

Следующие два вопроса касались черных дыр. Что происходит с материей внутри черной дыры, и как это согласуется с квантовой механикой? Теория относительности утверждает, что ничто не может покинуть черную дыру, но квантовая механика отвергает потерю информации.

Что касается первого вопроса, 41 процент физиков согласны с тем, что материя, попадающая в черную дыру, сжимается в сингулярности в ее ядре (очень немногие считают вероятным существование белой дыры или другой вселенной).

Однако по второму вопросу мнения разделились. Большинство, тем не менее, считают, что излучение Хокинга — это способ решения информационного парадокса.

И наконец, что не менее важно, мы переходим к квантовой гравитации. Еще одна большая часть (29 процентов) снова не имеет мнения по этому поводу, в то время как остальные разделились между теорией струн (19 процентов), гравитацией, не являющейся квантовой (18 процентов), и петлевой квантовой гравитацией (13 процентов).

Наиболее философский из вопросов касался фундаментальных констант Вселенной. Если бы хотя бы одна из этих констант была другой, нас бы не существовало. Так почему же они именно такие, какие есть?

Чуть более четверти физиков заявили, что это просто неопровержимые факты, не требующие дальнейших объяснений. 

Однако 20 процентов считают, что в мультивселенной существует множество различных вселенных, и наша — лишь одна из многих. Мы наблюдаем эти значения, потому что они позволяют существовать жизни.

Для 16 процентов константы установлены принципиально, то есть фундаментальная теория Вселенной не допускает других значений.

Затем 9 процентов считают, что объяснение этому — разумный создатель, а 6 процентов полагают, что это случай космического дарвинизма, при котором вселенная, подобная нашей, хорошо умеет создавать черные дыры, и внутри этих новых вселенных рождаются новые вселенные.

«Наиболее поразительный результат заключается в том, как мало «стандартных ответов» в фундаментальной физике пользуются подавляющей поддержкой, причем большинство из них не набирают большинства голосов», — заявил ведущий автор исследования Ниайеш Афшорди, ассоциированный научный сотрудник Института Периметра и профессор Университета Ватерлоо. «Интересно не то, что физики запутались. Интересно то, что передовые исследования действительно продолжаются».

Афшорди работал с Филом Харпером и журналом Physics Magazine Американского физического общества над подготовкой этого увлекательного отчета. Хорошо, что существует так много мнений по вопросам, на которые еще нет ответа, ведь мы не хотим руководствоваться догмами.