Tyhjiövaihtelu voi aiheuttaa virtuaalisten protouniversumien muodostumisen, jotka tietyissä olosuhteissa voivat siirtyä virtuaalitilasta todelliseen.
Fyysikot ovat yrittäneet monien vuosien ajan rakentaa painovoiman kvantiteoriaa - toistaiseksi valitettavasti ilman tulosta. Lähes kaikki heistä ovat yhtä mieltä siitä, että tällaisen teorian tulisi yhdistää Einsteinin relativistinen gravitaatioteoria kvantimekaniikkaan, ja tämä on erittäin, erittäin vaikea tehtävä.
Kvanttimekaniikka ja sen paradoksit kuvaavat kuitenkin objektien ominaisuuksia, jotka ovat kaarevassa Newtonin tilassa. Tulevan painovoimateorian tulisi ulottaa todennäköisyyskvantit kvantimekaaniset lait itse avaruuden ominaisuuksiin (tarkemmin sanottuna avaruus-aika), jotka ovat muodonmuutos yleisen suhteellisuustekijän yhtälöiden mukaisesti. Kuinka tehdä tämä tiukkojen matemaattisten laskelmien avulla, kukaan ei oikein tiedä vielä.
Kylmä syntymä
Tavat tällaiseen unioniin voidaan kuitenkin harkita laadullisella tasolla, ja tässä ilmaantuu erittäin mielenkiintoisia näkymiä. Yksi niistä piti kuuluisa kosmologi, Arizonan yliopiston professori Lawrence Krauss äskettäin julkaistussa kirjassaan "A Universe from Nothing" ("Universumi tyhjästä"). Hänen hypoteesinsa näyttää fantastiselta, mutta ei missään tapauksessa ole ristiriidassa vakiintuneiden fysiikkalakien kanssa.
Uskotaan, että universumimme syntyi erittäin kuumasta lähtötilasta, jonka lämpötila oli luokkaa 1032 kelviniä. On kuitenkin mahdollista kuvitella universumien kylmä syntyminen puhtaasta tyhjiöstä - tarkemmin sanottuna, sen kvanttivaihteluista. On hyvin tiedossa, että tällaiset vaihtelut synnyttävät hyvin monia virtuaalisia hiukkasia, jotka syntyivät kirjaimellisesti tyhjästä ja katoavat myöhemmin jäljettä. Kraussin mukaan tyhjiövaihteluilla voi periaatteessa syntyä yhtä lyhytaikaisia protouniversumeja, jotka tietyissä olosuhteissa siirtyvät virtuaalitilasta todelliseen.
Mainosvideo:
Universumi ilman energiaa
Mitä tähän tarvitaan? Ensimmäinen ja pääedellytys on, että tulevan maailmankaikkeuden alkiossa on oltava nolla kokonaisenergiaa. Tässä tapauksessa se ei ole vain tuomittu melkein välittömään katoamiseen, vaan päinvastoin, se voi olla olemassa mielivaltaisesti pitkään. Tämä johtuu tosiasiasta, että kvanttimekaniikan mukaan esineen energian epävarmuuden tuotteen, joka johtuu sen elinajan epävarmuudesta, ei pitäisi olla pienempi kuin lopullinen arvo - Planckin vakio.
Perusvuorovaikutusten erottaminen varhaisessa universumissamme oli vaihesiirtymän luonnetta. Hyvin korkeissa lämpötiloissa perustavanlaatuiset vuorovaikutukset yhdistettiin, mutta jäähtyessään kriittisen lämpötilan alapuolelle erottelua ei tapahtunut (tätä voidaan verrata veden ylijäähdytykseen). Tällä hetkellä yhdistymiseen liittyvän skalaarikenttäenergian energia ylitti maailmankaikkeuden lämpötilan, joka antoi kentälle negatiivisen paineen ja aiheutti kosmologisen inflaation. Universumi alkoi laajentua nopeasti, ja symmetrian murtumishetkellä (lämpötilassa noin 1028 K) sen mitat kasvoivat 1050 kertaa. Tällä hetkellä myös vuorovaikutusten yhdentymiseen liittyvä skalaarikenttä katosi, ja sen energia muutettiin maailmankaikkeuden lisälaajennukseksi.
Heti kun esineen energia on ehdottomasti yhtä suuri kuin nolla, se tunnetaan ilman epävarmuustekijöitä, ja sen vuoksi sen elinaika voi olla äärettömän pitkä. Tästä vaikutuksesta johtuu siitä, että kaksi erittäin suurelle etäisyydelle sijoitettua varautunutta runkoa vetoaa tai hylkää toisistaan. Ne ovat vuorovaikutuksessa vaihtamalla virtuaalisia fotoneja, jotka nollamassansa vuoksi leviävät mihin tahansa etäisyyteen. Päinvastoin, mittarivektoribosoneja, joilla on heikko vuorovaikutus, johtuen niiden suuresta massasta, esiintyy vain noin 10-25 sekuntia, minkä seurauksena näillä vuorovaikutuksilla on hyvin pieni säde.
Minkälainen universumi, vaikkakin alkion, nollaenergialla? Kuten professori Krauss selitti suositellulle mekaniikalle, tässä ei ole mitään mystistä:”Tällaisen maailmankaikkeuden energia koostuu hiukkasten ja säteilyn (ja mahdollisesti myös skalaarisen tyhjiökentän) positiivisesta energiasta ja negatiivisesta potentiaalipainoenergiasta. Heidän summa voi olla yhtä suuri kuin nolla - matematiikka sallii tämän. On kuitenkin erittäin tärkeää, että tällainen energiatasapaino on mahdollista vain suljetuissa maailmoissa, joiden tilassa on positiivinen kaarevuus. Litteissä ja vielä avoimemmissa universumeissa ei ole sellaista ominaisuutta”.
Vaihemuutos tapahtui maailmankaikkeuden evoluutiossa kolme kertaa: lämpötilassa 10 - 28 astetta K (interaktioiden suuri yhdistyminen hajosi), 10 - 15 asteeseen K (sähköajan vuorovaikutuksen rappeutuminen) ja 10 - 12 asteeseen K (kvarkit alkoivat yhdistyä hadroniksi).
Inflaation ihmeet
Mitä tapahtuu, jos tyhjön kvanttivaihtelut aiheuttavat nollaenergialla olevan virtuaaliuniversumin, joka on kvantti-mahdollisuuksien vuoksi saanut jonkin aikaa elämää ja evoluutiota varten? Se riippuu sen koostumuksesta. Jos maailmankaikkeuden tila on täynnä ainetta ja säteilyä, se ensin laajenee, saavuttaa maksimikokonsa ja romahtaa painovoimapudotuksena, sillä se on ollut olemassa vain pieni sekunnin murto-osa. On toinen asia, jos avaruudessa on skalaarikenttiä, jotka voivat käynnistää inflaatiolaajenemisprosessin. On skenaarioita, joissa tämä laajennus ei vain estä "kupla" -universumin painovoimaista romahtamista, vaan myös muuttaa siitä lähes tasaisen ja rajattoman maailman. Siksi myös hänen elämänsä aika kasvaa mittaamattomasti - melkein äärettömyyteen. Täten,pienestä virtuaalisesta maailmankaikkeudesta tulee varsin todellinen - valtava ja pitkäikäinen. Vaikka sen ikä olisi rajallinen, se voi hyvinkin ylittää maailmankaikkeuden nykyisen iän. Siksi tähdet ja tähtiklusterit, planeetat ja jopa mikä helvetti ei vitsi, älykäs elämä voi ilmestyä sinne. Täysivaltainen maailmankaikkeus, joka syntyi kirjaimellisesti tyhjästä - nämä ovat ihmeet, joihin inflaatio pystyy!
Aleksei Levin