В современной космологии начало времени связывается с событием, известным как Большой взрыв. Это не просто точка в пространстве, а начальная сингулярность, где традиционные понятия пространства и времени перестают быть применимыми в классическом понимании. Временная координата, как и пространственные, возникает лишь из динамики ранней Вселенной.
Ключевым моментом является то, что понятие «до» Большого взрыва теряет физический смысл. Согласно общей теории относительности, время и пространство тесно связаны с материей и энергией. В отсутствии метрики и физических полей временные последовательности не имеют объективной основы. Таким образом, Большой взрыв задаёт саму структуру времени, а не только события внутри него.
Классическая теория относительности предсказывает сингулярность, где плотность энергии и кривизна пространства-времени стремятся к бесконечности. Однако квантовые эффекты накладывают ограничения на эти величины. На масштабах порядка Планковской длины lP ∼ 1.616 ⋅ 10−35 м и времени tP ∼ 5.39 ⋅ 10−44 с, классическая картина пространства-времени перестаёт работать, и возникает необходимость квантовой гравитации.
Квантовые модели ранней Вселенной, такие как петлевая квантовая космология, предполагают, что сингулярность заменяется «квантовым отскоком», где время сохраняет дискретную структуру. В этих моделях понятие непрерывного времени заменяется серией квантовых событий, что влияет на фундаментальное определение причинности.
Период космической инфляции, который начинается примерно через 10−36 с после Большого взрыва, демонстрирует необычное поведение временных характеристик. Инфляционная экспансия приводит к экстремально быстрому «растяжению» пространства, в то время как локальное время в каждой точке остаётся относительно стабильным.
Ключевой момент заключается в том, что инфляция не только расширяет пространство, но и «разглаживает» гравитационные флуктуации, создавая однородное временное течение. Это формирует основу для понятия глобального космологического времени, применимого к наблюдаемой Вселенной.
Начало времени связано с фундаментальной асимметрией: стрелкой времени, которая определяется ростом энтропии. В самом начале, при минимальной энтропии, Вселенная находилась в крайне упорядоченном состоянии.
Ключевой момент: энтропийная стрелка времени возникает как следствие начального состояния. Без низкоэнтропийного начала понятие направления времени теряет смысл. Таким образом, Большой взрыв не только запускает динамику Вселенной, но и задаёт термодинамическое направление времени.
На ранних этапах, на масштабах меньше инфляционного горизонта, квантовые флуктуации поля играют критическую роль в формировании структуры Вселенной. Эти флуктуации становятся «замороженными» в ходе инфляции и впоследствии приводят к образованию крупномасштабной структуры: галактик, скоплений и пустот.
Таким образом, время не только течёт, но и фиксирует квантовые события, которые становятся макроскопической реальностью. Начало времени в этом контексте рассматривается как момент, когда квантовые вариации впервые приобрели физическую значимость.
Современные методы космологии, включая наблюдения реликтового излучения и космологической микроволновой фоновой карты, позволяют реконструировать ранние этапы времени. В этих наблюдениях фиксируются временные метки событий, таких как рекомбинация и формирование первых звёзд.
Ключевой момент: хотя абсолютное начало времени скрыто за планковскими пределами, косвенные следы позволяют физически измерять ранние «отрезки» временной эволюции Вселенной. Это создаёт основу для количественного описания времени в рамках физики Большого взрыва.