17.2.1. Общая теория относительности Эйнштейна (ОТО) / космология Большого взрыва

17.2.1. Общая теория относительности Эйнштейна (ОТО) / космология Большого взрыва

В 1915 году Альберт Эйнштейн опубликовал полевые уравнения ОТО, связывающие кривизну пространства–времени с распределенной в пространстве–времени энергией: R_?? — ?Rg_?? = 8?Т_??. В упрощенном описании: «Пространство–время указывает массе, как двигаться; масса указывает пространству–времени его кривизну» ([61], с. 5). В 1920–е годы телескопические наблюдения Эдвина Хаббла показали, что галактики вокруг нашего Млечного Пути удаляются от нас со скоростью, пропорциональной их расстоянию, как сформулировано в законе Хаббла[113]: так было открыто расширение вселенной. В этот период были созданы и проверены результатами наблюдений три космологические модели: модель плоской вселенной, открытой вселенной (бесконечная по размерам, бесконечно расширяющаяся, температура падает, пока не достигнет абсолютного нуля, — сценарий «замораживания») и закрытой вселенной (конечная по размерам, постоянно сжимается в отсутствие космологической константы, температура постоянно повышается до бесконечности — сценарий «поджаривания»). Все эти модели включают в себя изначальную сингулярность, которая для удобства обозначается как «t = 0», где t — космологическое время. В этом смысле (хотя здесь есть над чем подумать философам) эти модели Большого взрыва указывают на то, что можно очень упрощенно назвать «рождением вселенной».

Основная их соперница, модель стационарного состояния Хойла и его коллег, была полностью опровергнута в 1960–х годах в свете объяснений, которые Большой взрыв давал расчетам радиоисточников, относительному изобилию водорода и гелия, а также космическому микроволновому фоновому излучению[114]. Однако оставалось множество важных технических проблем, в том числе проблема горизонта, отношения материи/антиматерии и изначальной сингулярности t = 0. Теоремы Роджера Пенроуза [73], Стивена Хокинга [35, 36, 38] и Роберта Героха [29] в 1960–х годах доказали, что космологические пространства–времена, удовлетворяющие полевым уравнениям Эйнштейна, должны быть сингулярными, если выполняются определенные условия, по–видимому, выполняющиеся в реальной вселенной[115]. Самое важное из этих условий, не считая существования замкнутой поверхности — «ловушки» (что следует из существования космического фонового излучения черного тела), следующее: тензор энергии массы Т_?? должен подчиняться неравенству (Т_?? — ?g_??T) u^?u^? ? 0 для всех единичных время–подобных 4–мерных векторов и. Для поля газообразной материи неравенство сокращается до условия, что ? + 3р ? 0, где ? — плотность энергии газа, а р — его давление. Стандартные модели Большого взрыва удовлетворяют этим условиям и, следовательно, характеризуются изначальной сингулярностью. Однако одна из версий теории стационарного состояния («теория почти стационарного состояния») до сих пор не опровергнута и, по сообщениям исследователей, согласуется с наблюдениями [39].