Եղիցի լույս. Արդյո՞ք Տիեզերքի կյանքում եղել է օր, որից առաջ օրեր չեն եղել
Դժվար է որոշել, թե ինչն է ավելի ուժգին էքզիստենցիալ մարտահրավեր` գաղափարը, որ Տիեզերքն անցյալում գոյություն է ունեցել հավե՞րժ, թե՞ որ այն սկիզբ է ունեցել։ Ի՞նչն է ավելի անհանգստացնող. նայել Տիեզերքին, որի գոյությունը հավերժ սփռվում է մեր անցյալո՞ւմ, թե՞ պատկերացնել ժամանակ, որից առաջ ժամանակն ընդհանրապես չի եղել։ PAN-ը փորձել է հասկանալ` հայտնի տիեզերագետ Շոն Քերոլի եզրակացությունների հիման վրա։
Մեր ընթերցողը կարող է մտածել, որ հարցը, թե վերոնշյալ սցենարներից որն է ավելի համոզիչ, լուծվել է դեռ 20-րդ դարի ընթացքում` մեծ պայթյունի մոդելի տրիումֆի հետ միասին։ Տիեզերքը, որում մենք ապրում ենք, ընդլայնվում է, հեռավոր գալակտիկաներն ավելի են հեռանում մեզանից, ինչը ֆիզիկոսներն ինտերպրետացնում են որպես տարածության ընդլայնում։
Եթե փորձենք նայել մեր տիեզերական ֆիլմը հակառակ ուղղությամբ, ապա կտեսնենք տիեզերք, որը դեպի անցյալ շարժվելու հետ միասին դառնում է ավելի ու ավելի տաք և խիտ։ Ի վերջո, Այնշտայնի հարաբերականության ընդհանուր տեսության հավասարումները ենթադրում են, որ մոտ 14 մլրդ տարի առաջ նյութն անվերջ տաք ու անվերջ խիտ էր, իսկ ընդլայնման արագությունն` անվերջ մեծ։ Մենք այս հիպոթետիկ պահն անվանում ենք մեծ պայթյուն։
Ենթադրվում է, որ մեծ պայթյունը ոչ թե տեղ է տարածության մեջ, այլ պահ` ժամանակի մեջ։ Հաշվի առնելով մեր սահմանափակ փորձը, երբ մենք գտնվում ենք Տիեզերքում, այլ ոչ թե նայում ենք կողքից, շատ հեշտ է պատկերացնել մեծ պայթյունը, որպես պայթյուն արդեն գոյություն ունեցող տարածությունում։
Դա սխալ պատկերացում է։ Մեծ պայթյունի պահին, ենթադրաբար, առաջացել է ինքը` տարածությունը` անվերջ խիտ ու տաք նյութով, ինչից հետո այն ընդլայնվել ու սառել է` վերածվելով այն աշխարհին, որը մենք տեսնում ենք այսօր։ Համենայնդեպս, այդպես ձեզ կասեն։ Դուք հաճախ կլսեք տիեզերագետների բացատրությունները, համաձայն որոնց մեծ պայթյունը Տիեզերքի սկիզբն էր, պահ, որին ոչ մի այլ պահ չի նախորդել։ Հարցը` «ի՞նչ է եղել մեծ պայթյունից առաջ» նույնն է, ինչ հարցնեք` «ի՞նչ կա հարավային բևեռից ավելի հարավ»։ Բանը նրանում չէ, որ մենք չգիտենք պատասխանը, բանը նրանում է, որ հարցն ինքնին անիմաստ է։
Սակայն, հնարավոր է, որ վերոնշյալ հարցը ավելի շատ իմաստ ունի, քան մեզ թվում է։ Մեծ պայթյունը, որպես սինգուլյար պահ ժամանակի սկզբում, կանխատեսում է հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը, դա դիտարկված ու հաստատված փաստ չէ։ Դժվար է պատկերացնել նման դիտարկում, որովհետև վաղ Տիեզերքն այնքան տաք ու խիտ էր, որ լույսը չէր կարող երկար ճանապարհորդել` չբախվելով բազմաթիվ լիցքավորված մասնիկների։ Վաղ Տիեզերքն, ըստ էության, անթափանց էր դիտարկման համար։
Որքան էլ տարօրինակ հնչի, մենք օգտագործում ենք «մեծ պայթյուն» արտահայտությունը երկու շատ տարբեր բաներ նկարագրելու համար։ Առաջինը` վերոնշյալ հիպոթետիկ սկզբնական սինգուլյարությունն է։ Երկրորդը` «մեծ պայթյունի մոդելն» է, որը պատմում է այն մասին, թե ինչ է տեղի ունեցել այդ սկզբնական պահից հետո։
Մեծ պայթյունի մոդելը ենթադրում է, որ միլիարդավոր տարիներ առաջ Տիեզերքը գտնվել է էքստրեմալ ջերմաստիճանի պայմաններում, իսկ խիտ նյութը հավասար բաշխված է եղել տարածությունում։ Տիեզերքի ընդլայնման ու սառեցման հետ մեկտեղ, մոդելի համաձայն, գրավիտացիայի ազդեցության տակ առաջացել են նյութի կուտակումներ` ձևավորելով աստղեր ու գալակտիկաներ։
Մեծ պայթյունի մոդելը, որը նկարագրում է Տիեզերքի էվոլյուցիան սկզբից հետո, բացարձակ ճշգրիտ հաստատված տեսություն է, փաստ, որը վեր է ցանկացած կասկածից։ Մենք տեսնում ենք մեզանից հեռացող գալակտիկաները, դիտարկում ենք ժամանակի ընթացքում գալակտիկաների ու գալակտիկական կուտակումների ձևավորումը, նկատում ենք մնացորդային էլեմենտները, որոնք առաջացել են, երբ Տիեզերքը ջերմամիջուկային ռեակտոր էր, ու, իհարկե, մենք ունենք տիեզերական միկրոալիքային ճառագայթում, որն արձակվել է, երբ Տիեզերքն առաջին անգամ թափանցիկ դարձավ ֆոտոնների համար։ Իսկ այ մեծ պայթյուն իրադարձությունը, հակառակը, այն է, ինչի մասին մենք ընդհանրապես քիչ բան գիտենք։ Միգուցե, մոտ ապագայում կարողանանք, կամ էլ այդպես էլ երբեք չկարողանանք համոզիչ պատասխաններ գտնել, որովհետև այդ հարցերի առումով շատ դժվար է, միգուցե նաև` անհնար է մանրամասն էքսպերիմենտալ տվյալներ հավաքել։
Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը, որը կանխատեսում է մեծ պայթյունը, իրավամբ համարվում է ֆիզիկայի տրիումֆը։ Այն բազմաթիվ կանխատեսումներ է արել` լույսի կորացումից մինչև վերջերս գրավիտացիոն ալիքների հայտնագործում, ու պատվով հաղթահարել է բոլոր փորձությունները։ Սակայն ճշմարտությունն այն է, որ Այնշտայնի տեսությունը չի կարող վերջին պատմությունը լինել, երբ խոսքը վերաբերում է գրավիտացիային ու երբ մեզ հետաքրքրում է, թե ինչի է նման Տիեզերքը էքստրեմալ պայմաններում։ Խնդիրը նրանում է, որ հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը համատեղելի չէ քվանտային մեխանիկայի հետ։
Մենք հաճախ ենք լսում, որ քվանտային մեխանիկան նկարագրում է այն, ինչ տեղի է ունենում շատ փոքր մասշտաբներում` սուբատոմական աշխարհում, սակայն ֆիզիկոսները կարծում են, որ քվանտային մեխանիկան ճշգրիտ է բոլոր իրավիճակներում։ Վաղ ժամանակաշրջանում ինքը` դիտարկելի Տիեզերքը, շատ փոքր էր, ու քվանտային մեխանիկան այս իրավիճակում անխուսափելիորեն կարևոր է դառնում։ Իսկ հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը բացարձակ ոչինչ չի ասում այն մասին, թե ինչպես է հնարավոր քվանտային իրականությունը ներառել վաղ Տիեզերքի իր նկարագրության մեջ։ Այդ իսկ պատճառով, լավագույն պատասխանը հարցին, թե ինչ է տեղի ունեցել մեծ պայթյունի պահին, հետևյալն է. մենք չգիտենք։
Իհարկե, մենք ունենք տեսություններ, ու ֆիզիկոսները ջանքեր են գործադրում դրանք ավելի ու ավելի ճշգրիտ և ստուգելի դարձնելու համար։ Նյութի սկզբում հիշատակված երկու հնարավորություններն էլ, որ Տիեզերքը սկիզբ է ունեցել կամ գոյություն է ունեցել հավերժ, շատ կարևոր են։ Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը քվանտային մեխանիկայի հետ համաձայնեցնելու նոր գաղափարները օգնում են ֆիզիկոսներին զարգացնել իրենց տեսությունները` հույս ներշնչելով, որ ապագայում մենք որոշակի վստահությամբ կկարողանանք պատասխանել այդ կարևոր հարցին։
Կարող է հնչել արդարացի հարց. ինչպե՞ս կարող էր Տիեզերքն անցյալում հավերժ գոյություն ունենալ` հաշվի առնելով, որ մենք գիտենք` ինչպիսին էր այն նախկինում։ Մենք ունենք իրական գիտելիքներ` հիմնված տվյալների, ոչ թե ենթադրությունների վրա։ Հիպոթետիկ մեծ պայթյունից մի քանի վայրկյան անց Տիեզերքն աշխատում էր ինչպես ջերմամիջուկային ռեակտոր` վերածելով ջրածնի միջուկները (առանձին պրոտոնները) հելիումի ու լիթիումի էլեմենտների (ջրածնի իզոտոպ` մեկ պրոտոնով ու մեկ նեյտրոնով)։
Մենք այսօր կարող ենք դիտարկել այդ վաղ փոխազդեցությունների արդյունքները` չափելով նշված էլեմենտների առատությունը Տիեզերքի հեռավոր անկյուններում։ Արդյունքները հիանալի համաձայնեցվում են հարաբերականության ընդհանուր տեսության ու ավանդական տիեզերագիտական մոդելների հետ։ Վաղ Տիեզերքը չափազանց խիտ էր ու աննկարագրելի արագ ընդլայնվում էր։ Ու եթե դա ճիշտ է, ապա դրանից առաջ Տիեզերքը պիտի էլ ավելի խիտ լիներ ու ավելի մեծ արագությամբ ընդլայնվեր։ Կարծես` անխուսափելի է այն, որ ինչ-որ պահի տեղի է ունեցել դրամատիկ մի իրադարձություն ամենավաղ ժամանակում։ Ի՞նչ կարող էր դա լինել։
Ամենապարզ տարբերակն այսպես կոչված «ցատկն» է։ Այսինքն, մենք կարող ենք պատկերացնել ավելի վաղ գոյություն ունեցած Տիեզերք, որը սեղմվում էր մինչ այն պահը, որը մենք հիմա անվանում ենք պայթյուն։ Ինչ-որ անհասկանալի պատճառով, ու այստեղ ամեն ինչ խիստ բարդանում է, այդ սեղմվող Տիեզերքը անվերջ խտության ու ջերմաստիճանի սինգուլյար վիճակի գալու փոխարեն, հնարավոր է, ուղղակի ցատկել է դեպի կրկին ընդլայնվելու վիճակ` առաջացնելով այն աշխարհը, որը մենք այժմ գիտենք ու սիրում ենք։
Ճշգրտենք. այդպիսի ցատկը բոլորովին այն չէ, ինչ կարող ենք սպասել ֆիզիկայի հայտնի օրենքների համաձայն։ Սակայն գիտնականները խոստովանում են, որ ամեն ինչ չգիտեն այն մասին, ինչպիսին են իրականում բոլոր հնարավոր օրենքները, հատկապես, երբ խոսք է գնում պայմանների մասին, որոնք շատ հեռու են մեր առօրյա փորձից։ Այնպես որ, լրիվ հնարավոր է, որ Տիեզերքն անցյալում նման ցատկ է կատարել։
Հարց է ծագում` ինչո՞ւ։ Կրկին անգամ, մենք չգիտենք, ինչը չի խանգարում տեսաբան ֆիզիկոսների վառ երևակայությանը հիմնավորված ենթադրություններ անել։ Պարզ գաղափարներից մեկն այն է, որ մենք ուղղակի բավարար լավ չենք հասկանում գրավիտացիան։ Իհարկե, Այնշտայնի հարաբերականության ընդհանուր տեսությունն արդեն անցել է բոլոր ստուգումները, սակայն պայմանները, որոնցում այն ստուգվել է, հեռու են վաղ Տիեզերքի էքստրեմալ պայմաններից։ Հնարավոր է, բավարար ինտենսիվ պայմաններում գրավիտացիան ձգելու փոխարեն սկսում է վանել։ Մենք չունենք որևիցե հաստատված պատճառ պնդելու համար, որ դա ճիշտ է, սակայն դա, վստահաբար, հնարավորություններից մեկն է։
Ավելի դրամատիկ հնարավորության համաձայն, քվանտային մեխանիկան փոխում է ամեն ինչ։ Քվանտային մեխանիկայի ու նրան նախորդող նյուտոնյան դասական ֆիզիկայի միջև առավել ակնհայտ տարբերությունը կայանում է նրանում, որ քվանտային տեսությունները թույլ են տալիս մեզ միայն կանխատեսել հավանականությունը, որ մենք կդիտարկենք համակարգի կոնկրետ վարքագիծը. մենք չենք կարող նախօրոք վստահաբար ասել, թե ինչ ենք տեսնելու դիտարկման ընթացքում։ Սակայն տարբերությունները շատ ավելի խորն են։ Դասական մասնիկն ունի կոորդինատներ ու արագություն, որոնք հնարավոր է չափել։ Քվանտային մեխանիկան ասում է, որ իրականում գոյություն չունեն այնպիսի բաներ, ինչպիսիք են «կոորդինատներն» ու «արագությունը»։ Այն փաստը, որ մենք մտածում ենք, թե դրանք գոյություն ունեն, ընդամենը ֆիզիկական համակարգերը դիտարկելու մեր մեթոդների արտեֆակտն է։
Դրա փոխարեն, քվանտային իրականության մեջ գոյություն ունեն ալիքային ֆունկցիաներ։ Դրանք մաթեմատիկական օբյեկտներ են, որոնք էվոլյուցիայի են ենթարկվում Էրվին Շրյոդինգերի հավասարման համաձայն, որը նա դուրս է բերել 1925-ին, ու որոնք թույլ են տալիս մեզ հաշվել հավանականությունը, թե ինչ կտեսնենք գիտափորձն անցկացնելիս։ Սակայն ալիքային ֆունկցիաները դրանք ուղղակի հաշվարկային գործիքներ չեն։ Դրանք իրականությունը պատկերելու այս պահին մեր ունեցած լավագույն միջոցն են։ Ալիքային ֆունկցիան դա առավել լիարժեք միջոցն է, որի օգնությամբ մենք կարող ենք սահմանել համակարգի վիճակը, անգամ եթե այն կապում է տարբեր հավանականություններ տարբեր բաների հետ, որոնք մենք կարող ենք չափել (անհրաժեշտ է նշել, որ քվանտային մեխանիկայի ինտերպրետացիաները նուրբ թեմա է, որին մենք անդրադարձել ենք այլ նյութերում (1), (2): Ճիշտ այնպես, ինչպես մասնիկների կոորդինատներն ու արագությունը ֆունդամենտալ չեն քվանտային մեխանիկայում, նույն կերպ էլ, հնարավոր է, ֆունդամենտալ չէ ինքը` տարածությունը։ Մեր դասական պնդումն այն մասին, որ «տարածությունն ընդլայնվում է», քվանտային մեխանիկայում վերածվում է նման մի բանի. «Տիեզերքի ալիքային ֆունկցիայի էվոլյուցիան տեղի է ունենում այնպես, որ եթե մենք չափեինք տարածության երկրաչափական հատկությունները, ապա շատ հավանական է, որ կտեսնեինք ժամանակի հետ այդ տարածության ընդլայնումը»։
Այնշտայնի հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը, որը կանխատեսում է սինգուլյար մեծ պայթյունը ժամանակի սկզբում, դասական տեսություն է։ Ցավոք, առայժմ մենք չունենք լիարժեք քվանտային տեսություն, որը կփոխարիներ հարաբերականության ընդհանուր տեսությանը։ Այդ իսկ պատճառով, լավագույնը, ինչ մենք կարող ենք ասել, հետևյալն է. «Լրիվ հնարավոր է, որ Տիեզերքի ալիքային ֆունկցիան այնպես է էվոլյուցիայի ենթարկվում, որ եթե մենք չափեինք այն, թե ինչ վիճակում էր Տիեզերքը հատվածի մոտակայքում, որը մենք անվանում ենք մեծ պայթյուն, ապա չափազանց հավանական է, որ կնկատեինք, որ Տիեզերքը ցատկում է»։ Կամ էլ ոչ։
Նաև, լիովին հնարավոր է, որ քվանտային մեխանիկան թույլ է տալիս սկիզբ Տիեզերքի համար, անգամ եթե դա շատ ավելի նուրբ բան է, քան դասական մեծ պայթյունը։ Առաջին հայացքից, ալիքային ֆունկցիայի էվոլյուցիան կառավարող Շրյոդինգերի հավասարումը բավականին միանշանակ է. ժամանակը հավերժ ընթանում է` անվերջ անցյալից դեպի անվերջ ապագա։ Սակայն կա մի հնարավորություն, համաձայն որի ժամանակը, ինչպես տարածությունը, իրականության ֆունդամենտալ մաս չէ։ Ֆիզիկոսներն ասում են, որ ժամանակը կարող է էմերջենտ լինել, երբ բարդ համակարգի հատկությունները չեն հանգում դրա էլեմենտների հատկություններին։ Այս տեսանկյունից այն, ինչ մենք ընկալում ենք որպես «ժամանակի ընթացք», իրականում Բնության աշխատանքի ֆունդամենտալ հատկություն չէ։ Այն կարող է լինել ուղղակի օգտակար մոտարկում, որն արտացոլում է Տիեզերքի ալիքային ֆունկցիայի տարբեր մասերի միջև հարաբերությունները։
Այսպես, Շրյոդինգերի հավասարումը, որն ասում է մեզ, թե ինչպես են էվոլյուցիայի ենթարկվում քվանտային ալիքային ֆունկցիաները, խիստ կախված է համակարգում առկա էներգիայից (ավելի ճիշտ, քանի որ խոսքը ի վերջո քվանտային մեխանիկայի մասին է, էներգիայի առանձին արժեքներից, որոնք կապված են բոլոր այն տարբեր վիճակների հետ, որոնցում կարող է գտնվել համակարգը)։ Բարձր էներգետիկ վիճակների էվոլյուցիան տեղի է ունենում շատ արագ այն դեպքում, երբ ցածր էներգիայով վիճակներն ավելի դանդաղ են շարժվում, իսկ զրոյական էներգիա ունեցող վիճակներն ընդհանրապես չեն փոխվում։
Եթե ժամանակն էմերջենտ է, այլ ոչ թե ֆունդամենտալ, ապա պետք է այնպես լինի, որ ամբողջ Տիեզերքը ունենա զրոյական էներգիա։ Դա, կարծես, աբսուրդ է, Տիեզերքում կան բազմաթիվ բաներ, որոնք ունեն էներգիա, ինչպե՞ս կարող է ամբողջ Տիեզերքի էներգիան զրոյական լինել։
Եթե դուք ուսումնասիրեք հարաբերականության ընդհանուր տեսության մաթեմատիկան, ապա կհայտնաբերեք, որ ոչ միայն տարածություն-ժամանակն է կորացած, այլև այն, որ այդ կորությունը սովորաբար կապված է բացասական էներգիայի հետ։ Այլ կերպ ասած, լրիվ հնարավոր է, որ մեր Տիեզերքը դրական էնեգիան ստանում է նյութից, ճառագայթումից և այլն, որը ճշգրիտ կերպով կոմպենսացվում է տարածություն-ժամանակի կորությունից առաջացող բացասական էներգիայով։ Այդ կերպ, Տիեզերքի ամբողջական էներգիան կարող է հավասար լինել զրոյի։ Ու եթե դա այդպես է, ժամանակը կարող է էմերջենտ լինել, ու կարող է լինել ամենավաղ պահը, երբ ժամացույցի սլաքները սկսեցին պտտվել։
Օրը, որից առաջ օրեր չեն եղել։ Ու դա կլինի մեծ պայթյունը։