В одной всем известной байке рассказывается о том, как яблоко упало на голову сэра Исаака Ньютона, сидевшего под деревом. Вместо того, чтобы проклинать яблоню за такое коварство, ученый задался вопросом: «Почему яблоко упало вниз, а не взмыло вверх? Какая сила тянула его к земле?» Такой ход мыслей в конце концов привел к одному из самых важных открытий в физике - фундаментальной силе гравитации.
Сегодня уже никто отрицает существование гравитации. Это сила, которая гарантирует, что мы останемся на Земле, а не улетим в космос. Прыжки с парашютом, с «тарзанки», американские горки ... все захватывающие ощущения, которые люди получают от этих развлечений стали возможными только благодаря гравитации. Даже движение планет вокруг Солнца, вращение Луны вокруг Земли и образование небесных тел происходят благодаря действию этой силы.
Но всегда ли существовала гравитация? Была ли она до того, как возникло пространство-время, до Большого Взрыва?


Что такое гравитация?

Согласно теории тяготения Ньютона, гравитация - это сила притяжения, существующая между любыми двумя телами. Каждый объект во вселенной оказывает гравитационное воздействие на другие объекты, сила которых прямо пропорциональна массе объекта.


Например, когда Ньютон сидел под деревом, и яблоко упало ему на голову, то и яблоко, и планета оказывали взаимные гравитационные воздействия друг на друга, но благодаря намного большей массе планета победила в этом противостоянии.

Большой взрыв


По словам известного ученого Стивена Хокинга, вся материя во вселенной была ограничена чрезвычайно крошечным пространством, сжатым в само себя. Вещество в этой точке пространства обладало бесконечной плотностью и температурой, ученые назвали его гравитационной сингулярностью. В ней содержалась буквально вся массу вселенной. В какой-то момент вся эта масса начала «раздуваться» как гигантский воздушный шар, со скоростью, превышающей скорость света. Это явление обычно называют Большим взрывом.

Здесь некоторые читатели могут подумать: "Минутку, ..... быстрее, чем скорость света?"

Все мы много раз слышали о том, что ничто не может перемещаться на сверхсветовой скорости. На самом деле это так и есть. Согласно теории относительности Эйнштейна, скорость света постоянна и ничто не может двигаться быстрее. Однако, это утверждение верно только для объектов, перемещающихся в пространстве-времени.
В случае Большого взрыва есть нюансы - «взрыв» сингулярности повлек за собой не перемещение вещества в пространстве, а расширение самого пространства. Давайте представим, что пространство - это корабль, а все объекты во Вселенной - пассажиры на этом корабле. Теория относительности Эйнштейна гласит, что скорость перемещения пассажиров на борту корабля ограничена скоростью света. Никто и ничто на корабле не может двигаться быстрее.
Однако в теории относительности ничего не говорится о скорости самого «корабля». Кораблю двигаться быстрее скорости света ничто не мешает. Следовательно, никакие законы физики тут не нарушаются.

Была ли гравитация перед Большим Взрывом?

Давайте мысленно переместимся за одну секунду до Большого взрыва, прямо перед моментом возникновения известной нам Вселенной. Как упоминалось ранее, до этого вся Вселенная была ограничена невероятно маленьким пространством, называемым сингулярностью. Вокруг сингулярности было ничто. Вопрос в том, как всей Вселенной удавалось оставаться в таком ограниченном пространстве? Вероятно, было что-то, что удерживало материю в одной точке.
В этом случае самый очевидный ответ - правильно... гравитация! На всю материю действовала бесконечная гравитационная сила. Таким образом, вся материя Вселенной удерживалась в гравитационной сингулярности. Но, конечно, это всего лишь теория...
Сингулярность является лишь одним из объяснений того, что было до Большого взрыва, основанного на теории относительности Эйнштейна. Некоторые ученые критикуют эту идею, поскольку она не учитывает процессы, протекающие на уровне квантовой механики. Когда ученые начинают изучать частицы в миллионы раз меньше толщины человеческого волоса, то сталкиваются с таким поведением частиц, которое не подчиняется традиционным законам физики.
Никому точно не известно о том, что происходило до Большого взрыва. Все, что мы можем предположить о том, что было перед этим событием, всегда будет оставаться не более, чем догадками. Однако деятели науки в какой-то мере могут дать объяснение тому, что случилось в первые моменты Большого взрыва, когда возникло пространство-время.

Гравитационные волны

Эйнштейн утверждал, что можно доказать существование гравитационной силы во время Большого взрыва, обнаружив гравитационные волны. Эти волны могут быть зафиксированы, как рябь на ткани пространства-времени, созданная некоторыми из событий во Вселенной.
Теория Эйнштейна показала, что некоторые события во Вселенной могут нарушить структуру пространства-времени, что приведет к возникновению «волн», исходящих от их источника. А что может быть большим космологическим событием, чем сам Большой взрыв? Безусловно, расширение Вселенной со скоростью, превышающей скорость света, должно было привести к появлению относительно сильных гравитационных волн.


14 сентября 2015 года лаборатория LIGO ( лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория), занимающаяся наблюдением гравитационных волн, успешно зафиксировала гравитационные волны. Их чувствительный аппарат смог обнаружить легкие колебания, вызванные столкновением двух черных дыр удаленных от Земли на 1,3 миллиарда световых лет!
Эксперимент в LIGO, благодаря которому гравитационные волны были, наконец, обнаружены позволил научному сообществу сделать выводы о существовании гравитационных волн, вызванных первым катастрофическим событием - Большим взрывом. Сейчас детекторы настроены на обнаружение самых первых гравитационных волн, которые произошли от Большого взрыва около 14 миллиардов лет назад. Таким образом, мы сможем быть уверены в том, что во время Большого взрыва существовала гравитация, и первые признаки этой пульсации должны будут подтвердить это.
С другой стороны, никем не доказано существовала ли гравитация до момента возникновения Вселенной. Возможно, нам придется подождать, пока следующий Эйнштейн представит новые революционные уравнения, которые смогут описать состояние Вселенной до того, как появилось пространство.