В отличие от предыдущей модели, в которой Вселенная рождается из комка планковских размеров, и этот момент можно рассматривать в качестве начала существования мироздания, Г. Венециано и М. Гасперини предположили, что Вселенная существовала всегда. В далеком, возможно, бесконечно далеком прошлом она была бесконечно протяженной, холодной и почти пустой. Силы природы, управляемые дилатонным полем, были настолько слабы, что частицы практически не взаимодействовали друг с другом. «Такие силы, как гравитация, были слабы»[245]. «Затем, как следует из уравнений теории струн, во Вселенную вторглась нестабильность, и все её точки стали, как и в эпоху инфляции по Гуту, стремительно разбегаться в стороны. Гасперини и Венециано показали, что из-за этого пространство становилось всё более искривлённым, и в результате произошёл резкий скачок температуры и плотности энергии»[246]. «Силы постепенно росли, и материя начала сгущаться»[247]. В некоторых областях плотность возросла настолько, что сформировалась черная дыра, которая разрасталась с ускорением. «Вещество внутри таких областей оказывалось отрезанным от окружающего пространства, т. е. Вселенная разбивалась на обособленные части»[248].
Плотность вещества, устремлявшегося к центру дыры, возрастала, пока не достигла предела, определяемого теорией струн. Когда плотность материи достигла максимально допустимой величины, квантовые эффекты привели к Большому взрыву. «…Трёхмерная область миллиметровых размеров внутри этих бескрайних просторов преобразилась в раскалённое и плотное пятно, тождественное пятну, которое образуется при инфляционном расширении по Гуту»[249]. Тем временем снаружи возникали другие черные дыры (ЧД), которые затем тоже становились вселенными. Важная особенность данной модели состоит в том, что Вселенная расширялась как до Большого взрыва (ускоренное расширение), так и после него (расширение с замедлением). «Большой взрыв, возможно, был не моментом возникновения Вселенной, а просто внезапным переходом от ускорения к замедлению»[250].
Нужно отметить, что в отношении каждого сценария возникает много вопросов. В частности, по поводу приведенного утверждения Г. Венециано о возникновении и эволюции космологической ЧД в его модели возникают следующие вопросы. Что такое материя и вещество снаружи ЧД? Что именно засасывала ЧД? Далее, существовало ли только одно дилатонное поле или были и другие формы материи? Планковское состояние Вселенной включало в себя уже не одно (что было бы предпочтительно с точки зрения единой теории), а по крайней мере, два материальных субстрата: материальные струны и дилатонное поле? И другие.
Согласно Г. Венециано, если проигрывать историю Вселенной назад, то кривизна пространства-времени будет расти, но не достигнет бесконечного значения, как в сингулярности, а в некоторый момент ее значение достигнет максимума и снова начнет уменьшаться. С точки зрения Г. Венециано, это — чистый вариант устранения сингулярности: «До появления теории струн физики отчаянно пытались придумать механизм, который мог бы так чисто устранить сингулярность»[251].
«В соответствии с такой моделью Вселенная перед Большим взрывом была почти идеальным зеркальным изображением самой себя после него»[252]. Но с этим трудно согласиться, либо необходимы какие-то дополнительные обоснования. По-видимому, Вселенная не может тождественно повторяться. Дело в том, что информация при коллапсе Вселенной, даже не доходя до сингулярности, а уже у планковского порога, разрушается. Это может происходить, например, вследствие действия мощных приливных сил, разрушающих любые структуры сжимающейся Вселенной, и следовательно, при этом происходит потеря информации о структурном устройстве Вселенной. Поэтому зеркального повторения Вселенной быть в принципе не может. Хотя Вселенная и может воспроизводиться, видоизменяясь. Эту особенность можно назвать принципом неповторимости нашей Вселенной.
Что же представляет собой Большой взрыв? Авторы этого сценария считают, что «Внутри черной дыры пространство и время меняются ролями: ее центр — не точка пространства, а момент времени. Падающая в черную дыру материя, приближаясь к центру, становится все более плотной. Но, достигнув максимальных значений, допускаемых теорией струн, плотность, температура и кривизна пространства-времени внезапно начинают уменьшаться. Момент такого реверсирования и есть то, что мы называем Большим взрывом. Внутренность одной из описанных черных дыр и стала нашей Вселенной»[253].
Г. Венециано проводит различие между струнной космологией и космологией на основе ОТО. «Общая теория относительности подразумевает конечность бытия — расширяющаяся Вселенная должна была возникнуть в результате Большого взрыва»[254]. Но ОТО — классическая теория, и она предсказывает возникновение Вселенной из физически бессмысленного с точки зрения этой теории сингулярного состояния. Все дело в том, что «в самом начале Большого взрыва теория относительности не действовала, поскольку все происходившие в тот момент процессы носили квантовый характер»[255]. В любом квантовом обобщении космологии сингулярность устраняется и все начинается с планковского состояния Вселенной. Вселенная, возможно, существовала и до планковской эпохи. «Симметрия теории струн предполагает, что у времени нет ни начала, ни конца. Вселенная могла возникнуть почти пустой и сформироваться к моменту Большого взрыва или пройти несколько циклов гибели и возрождения»[256]. В космологии «начала» космологи предложили следующие две альтернативы, связанные с объяснением однородности Вселенной: на начальной стадии развития Вселенная была либо намного меньше, либо намного старше, чем считалось раньше. Первая альтернатива связана с популярной в настоящее время моделью инфляционного расширения, которая объясняет ряд космологических проблем, однако в ней остаются пока без объяснения, по крайней мере, две концептуально важные вещи: что представлял собой инфлатон и откуда у него взялось столько потенциальной энергии? Согласно второй альтернативе не было никакого начала. «Если время началось не в момент Большого взрыва, а Вселенная возникла задолго до начала нынешнего космического расширения, то у материи было достаточно времени, чтобы плавно самоорганизоваться»[257].
Экпиротический сценарий. Другая популярная модель, подразумевающая существование Вселенной до Большого взрыва, — экпиротический сценарий (от греч. ekpyrotic — «пришедший из огня»), разработанный Д. Каури, П. Стейнхардтом, Б. Оврутом, Н. Зейбергом и Н. Тьюроком. Он основан на предположении, что наша Вселенная — одна из многих D-мембран, дрейфующих в многомерном пространстве. Мембраны притягиваются друг к другу, а когда они сталкиваются, в них может произойти то, что мы называем Большим взрывом.
Если наша Вселенная — многомерная мембрана, плавающая в еще более многомерном пространстве, то Большой взрыв, возможно, был результатом ее соударения с параллельной мембраной. Вот как этот процесс комментирует Г. Венециано: «Притягиваясь друг к другу, две почти пустые мембраны сжимаются в направлении, перпендикулярном направлению движения. Мембраны соударяются, и их кинетическая энергия преобразуется в материю и излучение. Это соударение и есть Большой взрыв. После удара мембраны расходятся и начинают расширяться с убывающей скоростью. Материя собирается в скопления галактик. В циклической модели силы притяжения замедляют движение расходящихся мембран. Материя разреживается. Мембраны останавливаются и снова начинают сближаться, расширяясь при этом с возрастающей скоростью»[258].
«Не исключено, что коллизии происходят циклически. Две мембраны могут сталкиваться, отскакивать друг от друга, расходиться, притягиваться одна к другой, снова соударяться и так далее. Расходясь после удара, они немного растягиваются, а при очередном сближении снова сжимаются. Когда направление движения мембраны сменяется на противоположное, она расширяется с ускорением, поэтому наблюдаемое ускоряющееся расширение Вселенной может указывать на предстоящее столкновение»[259].
«У предвзрывного и экпиротического сценариев есть общие особенности. Оба они начинаются с большой, холодной, почти пустой Вселенной, и обоим свойственна трудная (и пока нерешенная) проблема перехода от состояния перед Большим взрывом к стадии после него. Математически главное различие между двумя моделями заключается в поведении дилатона. В предвзрывном сценарии это поле и, соответственно, все силы природы изначально очень слабы и постепенно усиливаются, достигая максимума в момент Большого взрыва. Для экпиротической модели справедливо обратное: столкновение происходит тогда, когда значения сил минимальны.