Вселенная из ничего: происхождение из квантового вакуума

Некоторые учёные предлагают, что происхождение Вселенной могло начаться как квантовая флуктуация квантового вакуума — то есть сценарий «вселенная из ничего», где вакуум не пуст, а обладает энергией и флуктуациями, способными создать пространство‑время и материю. Гравитация здесь не требует отдельного источника: энергия вакуума искривляет пространство‑время, и положительная энергия частиц может быть скомпенсирована отрицательной гравитационной энергией, так что суммарная энергия системы может быть близка к нулю — поэтому рождение Вселенной не обязательно нарушает законы сохранения.

---

Содержание

• Что такое квантовый вакуум и почему говорят о «вселенной из ничего»
• Происхождение Вселенной из вакуума: флуктуации, инфляция и ложный вакуум
• Парадокс: откуда в «ничем» появляется гравитация?
• Альтернативные модели и критика
• Что остаётся открытым и куда смотреть дальше
• Источники
• Заключение

---

Квантовый вакуум и «вселенная из ничего»

В квантовой теории вакуум — это не абсолютная пустота, а состояние с минимальной энергией, где постоянно происходят микроскопические флуктуации полей и появляются‑исчезают виртуальные частицы. Такие квантовые флуктуации описаны в терминах квантовой теории поля и лежат в основе идеи, что «из ничего» в физическом смысле может появиться что‑то большее — пространство, энергия и частицы (см. определение квантовой флуктуации: https://ru.wikipedia.org/wiki/Квантовая_флуктуация).

Что именно подразумевают под «ничем»? Философское «ничто» — полное отсутствие сущности — отличается от физического вакуума: в последнем есть законы, квантовые поля и состояние с наименьшей энергией. Популярные обзоры подчёркивают: когда говорят «вселенная из ничего», обычно имеют в виду именно рождение из квантового вакуума, а не метафизическое возникновение из абсолютного небытия (см. обзор различных теорий: https://new-science.ru/proishozhdenie-vselennoj-7-razlichnyh-teorij/).

Флуктуации и примеры

• Вакуумные флуктуации проявляют себя в явлениях вроде эффекта Казимира и диаграмм виртуальных частиц в расчётах взаимодействий.
• Простая интуиция: в квантовой механике энергия может коротко «заимствоваться» у вакуума, пока не вернётся — это и создаёт виртуальные пары частица‑античастица.
• Если флуктуация затухает быстро, ничего долговременного не остаётся; но при особых условиях (например, при наличии ложного вакуума или при квантовом туннелировании) локальная область может начать экспоненциально расширяться и «перетекать» в реальную, классическую вселенную.

Подробнее о возможностях вакуума как источника рождений космоса — в популярной статье, обсуждающей идею «образования вселенных из ничего» (https://www.modcos.com/articles.php?id=115).

---

Происхождение Вселенной из вакуума: флуктуации, инфляция и ложный вакуум

Идея, что вселенная могла начаться как квантовая флуктуация, получила формулировки в разных вариантах. Одна простая картинка — так называемая нуклеация пузыря: в квантовом поле локальная область «проваливается» в другое состояние вакуума (ложный вакуум → истинный), и при этом энергия этого состояния ведёт к быстрому экспоненциальному расширению (инфляции). Маленькая квантовая флуктуация становится гигантской, и после окончания инфляции её энергия превращается в частицы и радиацию (процесс reheating).

Ключевые этапы сценария:

• Возникновение локальной флуктуации вакуума (квантовый туннель, нуклеация).
• Фаза экспоненциальной инфляции, когда вакуумная энергия доминирует и растягивает пространство.
• Завершение инфляции и перераспределение энергии в частицы — то, что мы называем «горячим Большим взрывом».

Физически это описывается уравнениями космологии, где скорость расширения связана с плотностью энергии. В простейшей форме уравнение Фридмана даёт зависимость между масштабным фактором a(t) и плотностью энергии ρ:

$$\left(\frac{\dot a}{a}\right)^2 \;=\; \frac{8\pi G}{3}\rho \;-\; \frac{k}{a^2} \;+\; \frac{\Lambda}{3}.$$

Здесь положительная вакуумная плотность ρ (или эквивалентный вклад Λ) действует как источник ускоренного расширения.

Стоит выделить исторический штрих: идеи о «вселенной из флуктуации» обсуждаются в популярной литературе и обзорах (см. https://new-science.ru/proishozhdenie-vselennoj-7-razlichnyh-teorij/ и https://www.modcos.com/articles.php?id=115), но строгие формализации требуют квантовой теории гравитации — её пока нет в полном виде. Поэтому многие конкретные сценарии остаются гипотетическими и проверяются косвенно (через отпечатки инфляции в космическом микроволновом фоне, гравитационные волны и т.д.).

---

Парадокс: откуда в «ничем» появляется гравитация?

Вопрос, который часто всплывает: если «ничто» — вакуум, то как в нём может присутствовать гравитация или любая другая сила, способная породить Вселенную? Ответ складывается из двух идей.

1. Гравитация — это проявление кривизны пространства‑времени, а не «вещество», которое нужно приносить извне. Если вакуум имеет энергию (вакуумная энергия, Λ), то по уравнениям общей теории относительности эта энергия сама по себе искривляет пространство‑время и создает гравитационные эффекты. Проще говоря: энергия вакуума — источник гравитации, и её флуктуации могут вызвать локальное возникновение искривлённого региона, который затем расширяется.

2. Энергетический баланс может быть нулевым. У притяжения есть «отрицательная» потенциальная энергия: когда масса формирует гравитационное поле, его потенциальная энергия отрицательна, и суммарно положительная энергия массы/поля может компенсироваться отрицательной гравитационной энергией. Интуитивно это выглядит так: создавая массу, вы «тратите» отрицательную гравитационную энергию, так что общая сумма может оказаться близкой к нулю. В упрощённом представлении:
   $E_{\text{материя}}>0,\quad E_{\text{гравитация}}<0,\quad E_{\text{итог}}=E_{\text{материя}}+E_{\text{гравитация}}\approx 0.$

Нюанс: в общей теории относительности глобальная энергетическая консервация для всей вселенной не всегда имеет строгую, однозначную формулировку (особенно для бесконечной или неасимптотически плоской вселенной). Тем не менее для многих моделей (особенно замкнутых или тех, где можно дать физическую интерпретацию гравитационной энергии как отрицательной) идея нулевой суммарной энергии остаётся рабочей и помогает снять парадокс: появление «чего‑то» из «ничего» не обязательно нарушает сохранение энергии, потому что «долг» гравитации покрывает «кредит» материи.

В популярном изложении этот тезис встречается в материалах, обсуждающих роль ложного вакуума и природу вакуумных флуктуаций как источника гравитационных полей (см. https://www.modcos.com/articles.php?id=115).

---

Альтернативные модели и ключевые возражения

Идея «вселенной из ничего» — привлекательна, но не единственна. Среди альтернатив и критики:

• Циклические и «bounce»‑модели: предшествующая фаза сжатия даёт «отскок» и новый цикл.
• Экпиритические и брановые сценарии (в рамках теорий струн): столкновения «бран» приводят к рождению пространств‑времён.
• Модель «no‑boundary» Хокинга‑Хартла: квантово‑геометрическое начальное условие без классической сингулярности.
• Критика тестируемости: многие варианты трудно проверить прямо; они зависят от ещё не установленной теории квантовой гравитации.
• Космологическая постоянная и проблема тонкой настройки: почему вакуумная энергия настолько мала (в сравнении с простыми квантовыми оценками)? Это одна из больших нерешённых задач.

Обзоры и популярные статьи дают картину конкурирующих гипотез и показывают, где лежат научные споры — для обзора разных подходов см. https://new-science.ru/proishozhdenie-vselennoj-7-razlichnyh-teorij/ и сводные материалы по истории и моделям происхождения Вселенной (https://ru.wikipedia.org/wiki/История_Вселенной).

---

Что остаётся открытым и куда смотреть дальше

Главные открытые вопросы:

• Как именно описать квантовую гравитацию — и даст ли она однозначную картину рождения вселенной?
• Почему величина вакуумной энергии (космологической постоянной) так мала?
• Какие наблюдаемые следы укажут на конкретный сценарий (например, специфические спектры первичных гравитационных волн, картины анизотропий в CMB)?

Что можно читать и смотреть далее: популярные обзоры и статьи по теме (см. https://new-science.ru/proishozhdenie-vselennoj-7-razlichnyh-teorij/ и https://www.modcos.com/articles.php?id=115), а для определений и терминов — энциклопедические статьи (https://ru.wikipedia.org/wiki/Квантовая_флуктуация). Если вам нужны научные первоисточники (Tryon 1973, работы по инфляции, Hartle–Hawking, Linde и т.д.), я могу подготовить подборку DOI/arXiv и краткие выдержки.

---

Источники

• Происхождение Вселенной: 8 различных теорий | New-Science.ru
• Образование вселенных из ничего — Modcos
• Квантовая флуктуация — Википедия
• История Вселенной — Википедия
• (Дополнительные найденные ресурсы и популярные обзоры из анализа: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/431697/Miry_iz_pustoty, http://www.origins.org.ua/page.php?id_story=1906, https://naked-science.ru/article/column/svyaz-kvantovyh-fluktuats)

---

Заключение

Идея происхождения Вселенной из вакуума объединяет две понятные вещи: квантовый вакуум — не пустота, а состояние с энергией и флуктуациями, и гравитация — это свойство пространства‑времени, возникающее из этой энергии. Потому сценарий «вселенная из ничего» выглядит правдоподобным в физическом смысле: локальная квантовая флуктуация может дать начало расширяющемуся региону, а положительная энергия материи может быть компенсирована отрицательной гравитационной энергией, что снимает парадокс нарушения сохранения. Тем не менее окончательное подтверждение требует более глубокой квантовой теории гравитации и прямых наблюдательных следов — задача остаётся одной из центральных в современной космологии.