Teoretiske fysikere og kosmologer må se etter svar på de mest grunnleggende spørsmålene: "Hvorfor er vi her?", "Når dukket universet opp?" og "Hvordan skjedde dette?" Til tross for den åpenbare viktigheten av å finne svar på disse spørsmålene, er det et spørsmål som overskygger dem alle med sin interesse: "Hva skjedde før Big Bang?"
La oss være ærlige: vi kan ikke svare på dette spørsmålet. Ingen kan. Men når alt kommer til alt, forbyr ingen å spekulere i dette emnet og vurdere flere interessante antakelser? Sean Carroll fra California Institute of Technology er for eksempel enig i dette. I forrige måned deltok Carroll på et halvårsmøte i American Astronomical Society, hvor han foreslo flere "preeksplosive" scenarier hvis "siste akkord" kunne være fremveksten av vårt univers. Igjen, dette er bare spekulasjoner, ikke teori, så vær oppmerksom på dette.
"På det tidspunktet, hvis jeg kan si det slik, var fysikkens lover som vi vet ennå ikke i kraft, for" da "eksisterte de ikke ennå," sier Carroll.
“Når fysikere sier at de ikke aner hva som skjedde den gang, sier de det i full alvor. Dette segmentet av historie er i absolutt ugjennomtrengelig mørke, er enig Peter Voight, teoretisk fysiker ved Columbia University.
En av de merkeligste egenskapene til vårt univers er at det har et veldig lavt nivå av entropi. Dette begrepet har mange tolkninger, men i dette tilfellet snakker vi om graden av uorden. Og når det gjelder universet, er det mer orden i det enn uorden. Se for deg en bombe fylt med sand. Bomben eksploderer, og milliarder av milliarder av sandkorn som ligger i den, sprer seg i forskjellige retninger - faktisk er foran deg en modell for Big Bang.
"Men i stedet for den forventede kaotiske spredningen, forvandles disse sandkornene, som representerer saken i vårt univers, umiddelbart til mange ferdige" sandslott ", dannet uklart hvordan og uten hjelp utenfra," - sier Stephen Countryman, en kandidatstudent ved Columbia University.
Resultatet av Big Bang kunne (og kanskje burde) ha vært fremveksten av et høyt nivå av masseentropi i form av ujevnt fordelt materie. I stedet ser vi imidlertid stjernesystemer, galakser og hele galaksehoper sammenkoblet. Vi ser orden.
I tillegg er det viktig å forstå at entropi, eller uorden, bare kan øke over tid - det samme sandslottet, før eller senere og uten hjelp utenfra, går igjen i mange sandkorn. Dessuten, som Carroll påpeker, er vår observasjon av tid direkte knyttet til nivået av entropi siden begynnelsen av universet. Samtidig kan selve entropien betraktes som en slags tidsavhengig fysisk egenskap med bare en bevegelsesretning - til fremtiden.
Kampanjevideo:
Så entropi, i henhold til fysikkens lover, kan bare øke, men dets nåværende nivå i universet er veldig lavt. Ifølge Carroll kan dette bare bety en ting: det tidlige universet hadde et enda lavere nivå av det, det vil si at universet burde vært enda mer organisert og ordnet. Og dette kan igjen gi opphav til ideen om hva som skjedde med vårt univers faktisk før Big Bang.
“Det er mange mennesker som tror at det tidlige universet var et veldig enkelt, uinteressant og uttrykksløst system. Så snart du kobler entropi til dette spørsmålet, endres perspektivet umiddelbart, og du innser at det i dette tilfellet er ting som må forklares, fortsetter Carroll.
Selv om vi lar entropi være til side, vil vi ha andre like viktige aspekter som på en eller annen måte må tilpasses vårt nåværende univers der vi lever. Videre virker lave entropinivåer i noen tilfeller mindre signifikante enn i andre. Derfor vil vi prøve å vurdere de tre mest populære forutsetningene om hva som kunne ha skjedd med universet før Big Bang.
The Big Rebound Model
I følge en av hypotesene skyldes det lave nivået av entropi i vårt univers det faktum at dets utseende i seg selv var et resultat av oppløsningen av noe "tidligere" univers. Denne hypotesen sier at universet vårt kunne ha dannet seg som et resultat av en rask kompresjon ("sprett"), drevet av komplekse effekter av kvantegravitasjon (singularitet), som igjen ga opphav til Big Bang. Dette kan igjen indikere at vi kan leve med like suksess både når som helst i den uendelige rekkefølgen av nye univers, og omvendt i den "første iterasjonen" av universet.
Denne hypotetiske modellen for universets fremvekst kalles noen ganger "Big Bounce" -modellen. Den første omtale av dette begrepet høres tilbake på 60-tallet, men denne modellen ble til en mer eller mindre dannet hypotese først på 80-tallet - tidlig på 90-tallet.
Blant de mindre betydningsfulle kontroversielle punktene har Big Bounce-modellen også klare feil. For eksempel motsetter ideen om kollaps i en singularitet Einsteins generelle relativitetsteori - reglene som tyngdekraften arbeider etter. Fysikere mener at singularitetseffekten kan eksistere inne i sorte hull, men de fysiske lovene vi kjenner, kan ikke gi oss en mekanisme for å forklare hvorfor "et annet univers", etter å ha nådd singulariteten, skulle gi opphav til Big Bang.
"Det er ingenting i generell relativitet som indikerer et" sprett "av det nye universet som et resultat av singulariteten," sier Sean Carroll.
Dette er imidlertid ikke det eneste store kontroversielle poenget. Faktum er at Big Bounce-modellen innebærer tilstedeværelse av et rettlinjet tidsforløp med avtagende entropi, men som nevnt ovenfor øker entropien bare med tiden. Med andre ord, ifølge fysikkens lover vi kjenner, er utseendet til et sprettende univers umulig.
Videreutvikling av modellen førte til fremveksten av en hypotese om at tid i universet kan være syklisk. Men samtidig klarer ikke modellen å forklare hvordan den nåværende utvidelsen av universet vil bli erstattet av sammentrekningen. Likevel betyr ikke dette nødvendigvis at Big Bounce-mønsteret er helt feil. Det er mulig at våre nåværende teorier om det rett og slett er ufullkomne og ikke gjennomtenkt. Tross alt, fysikkens lover som vi nå har, ble avledet fra grensen som vi er i stand til å observere universet etter.
Den sovende universmodellen
"Kanskje før Big Bang var universet et veldig kompakt, sakte utviklende statisk rom," teoretiserer fysikere som Kurt Hinterbichler, Austin Joyce og Justin Khoury.
Dette "preeksplosive" universet måtte ha en metastabil tilstand, det vil si å være stabil til en enda mer stabil tilstand dukket opp. Analogisk, forestill deg en klippe, på kanten av hvilken en kampestein er i en vibrasjonstilstand. Enhver kontakt med kampesteinen vil føre til at den faller i avgrunnen eller - som er nærmere vårt tilfelle - Big Bang vil forekomme. I følge noen teorier kunne det "preeksplosive" universet eksistere i en annen form, for eksempel i form av et flatt og veldig tett rom. Som et resultat tok denne metastabile perioden slutt: den utvidet seg dramatisk og fikk formen og tilstanden til det vi ser nå.
"Den sovende universmodellen har imidlertid også sine problemer," sier Carroll.
"Det forutsetter også at vårt univers har et lavt nivå av entropi og ikke forklarer hvorfor dette er slik."
Imidlertid ser Hinterbichler, en teoretisk fysiker ved Case Western Reserve University, ikke fremveksten av lav entropi som et problem.
“Vi leter bare etter en forklaring på dynamikken som fant sted før Big Bang, som forklarer hvorfor vi ser det vi ser nå. Så langt er dette bare det eneste som er igjen for oss, sier Hinterbichler.
Carroll mener imidlertid at det finnes en annen teori om et "preeksplosivt" univers som kan forklare det lave nivået av entropi som eksisterer i vårt univers.
Multiversemodellen
Fremveksten av nye universer fra "foreldreuniverset"
Den hypotetiske multiversmodellen unngår den entropi-reduserende retisensen til Big Bounce-modellen og gir en forklaring på det lave nivået i dag, sier Carroll. Den stammer fra ideen om "inflasjon" - en godt akseptert, men ufullstendig modell av universet. Begrepet "inflasjon" og den første forklaringen på denne modellen ble foreslått i 1981 av fysikeren Alan Guth, for tiden ved Massachusetts Institute of Technology. I henhold til denne modellen har rommet etter Big Bang utvidet seg dramatisk. Så dramatisk at hastigheten på denne utvidelsen var høyere enn lysets hastighet. I følge kvantemekanikken oppstår stadig tilfeldige, subtile svingninger i energi i rommet. På et tidspunkt i løpet av inflasjonstiden nådde toppene til disse svingningene sitt maksimale og forårsaket utseendet på galakser,hulrom og store laventropi-strukturer som vi observerer i universet i dag.
Selve inflasjonsmodellen ble utviklet på grunnlag av observasjoner av kosmisk mikrobølgebakgrunnsstråling - den eldste typen stråling som dukket opp bare noen få hundre tusen år etter Big Bang. Forskere mener at inflasjonsmodellen forutsier sin eksistens perfekt.
En hypotese er at multiverset kan være et resultat av inflasjon. Antagelsen sier at det er noe veldig, veldig stort univers, fra tid til annen som gir opphav til mer kompakte universer. Dessuten er ingen form for kommunikasjon mellom disse universene mulig. PBS Novas Markus Wu forklarer:
"På begynnelsen av 80-tallet kom fysikerne til den konklusjonen at inflasjon kan ha uendelig natur, og bare stoppe i noen regioner av rommet og skape en slags lukkede" lommer ". Imidlertid fortsetter inflasjonen mellom disse "lommene", og den flyter raskere enn lysets hastighet. I sin tur blir isolerte fra hverandre "lommer" til slutt universer."
Carroll er mest imponert over denne modellen, selv om hans egen foreslåtte modell er noe annerledes enn det som er beskrevet ovenfor:
"Dette er bare en versjon av multiverse-teorien, men hovedforskjellen her er at" moderuniverset "kan ha et høyt nivå av entropi og gyter universer med et lavt nivå av entropi," sier Carroll.
I følge denne modellen var det før Big Bang et slags stort ekspanderende rom hvor vårt og et uendelig antall andre univers ble født. Andre universer er utenfor vår evne til å oppdage dem og kunne ha dannet seg både før og etter vårt univers.
Det skal bemerkes at for øyeblikket er dette en av de mest populære modellene. Likevel oppfatter forskere det selvfølgelig annerledes. Noen støtter denne ideen, andre er tvert imot helt uenige med den. Men hvis vi tar Peter Voight fra Columbia University som et eksempel, kan teorien om Multiverse, selv om den ser veldig attraktiv ut fra et populærvitenskapelig synspunkt, gjøre fysikere late og få dem til å slutte å lete etter svar på de mest grunnleggende spørsmålene, for eksempel, hvorfor er fysiske konstanter i vårt univers? akkurat som de er - avskriver all variasjon.
"Teoretikere spekulerer i muligheten for et uendelig antall universer, og til slutt kan vi komme med klare modeller som kan forklare hvorfor verdier (som de grunnleggende egenskapene til partiklene vi observerer) kan skille seg fra hverandre i hvert enkelt univers," sier Voight. …
Voight frykter at en dag hovedspørsmålet for vitenskap på dette området vil være resonnementet om temaet "hvor heldige vi er i dette tilfeldige universet, hvor alt skjer på denne måten, og ikke på en annen måte, til tross for det uendelige mangfoldet av muligheter, så la oss gi opp denne satsingen med teorier ".
Hva kan oppsummeres? Mange fysikere får betalt for å krangle og skrive bøker der de prøver å beskrive hvordan Big Bang og modellen til et "preeksplosivt" univers kan forklare det vi ser i dag, selv om de selv ikke vet og egentlig ikke kan vite. hvorfor er det slik. Faktum er at selv om det er alvorlige forenklinger i både matematiske modeller og forklaringer, har vi ikke kommet nær det riktige svaret, og vi har fortsatt mye resonnement om dette emnet før vi kommer til ønsket resultat.
“Det er viktig ikke bare å komme med teorier og hypoteser. Det er mye viktigere å få folk til å forstå at vi selv ikke ennå forstår hva vi snakker om. Alt dette er bare på antagelsesnivået, men jeg håper at vi før eller siden vil være i stand til å finne det riktige svaret som passer for alle, sier Carroll.
NIKOLAY KHIZHNYAK
