Teoreettisten fyysikkojen ja kosmologien on etsittävä vastauksia perustavanlaatuisimpiin kysymyksiin: "Miksi olemme täällä?", "Milloin maailmankaikkeus ilmestyi?" ja "Kuinka tämä tapahtui?" Huolimatta siitä, että näihin kysymyksiin on ilmeisen tärkeää löytää vastauksia, on jokin kysymys, joka varjostaa ne kaikki kiinnostuksensa kanssa: "Mitä tapahtui ennen suurta räjähdystä?"
Olkaamme rehellisiä: emme voi vastata tähän kysymykseen. Kukaan ei voi. Mutta loppujen lopuksi kukaan ei kiellä tämän aiheen spekulointia ja useita mielenkiintoisia oletuksia? Esimerkiksi Sean Carroll Kalifornian teknillisestä instituutista on samaa mieltä. Viime kuussa Carroll osallistui puolivuosittain pidettävään American Astronomical Society -kokoukseen, jossa hän ehdotti useita "räjähdystä edeltäviä" skenaarioita, joiden "viimeinen sointu" voisi olla maailmankaikkeuden syntyminen. Jälleen, tämä on vain spekulaatiota, ei teoriaa, joten ota se huomioon.
"Tuolloin niin sanotut fysiikan lait, joita tiedämme, eivät olleet vielä voimassa, koska" silloin "niitä ei ollut vielä olemassa", Carroll sanoo.
Kun fyysikot sanovat, ettei heillä ole aavistustakaan, mitä sitten tapahtui, he sanovat sen täysin vakavasti. Tämä historian segmentti on ehdottomasti läpäisemättömässä pimeydessä”, on samaa mieltä teoreettinen fyysikko Peter Voight Columbian yliopistosta.
Yksi maailmankaikkeuden omituimmista ominaisuuksista on se, että sen entropia on hyvin alhainen. Tätä termiä on monia tulkintoja, mutta tässä tapauksessa puhumme häiriön asteesta. Ja maailmankaikkeuden tapauksessa siinä on enemmän järjestystä kuin epäjärjestystä. Kuvittele pommi, joka on täynnä hiekkaa. Pommi räjähtää, ja sen sisältämät miljardit miljardit hiekanjyvät hajoavat eri suuntiin - itse asiassa edessäsi on Big Bangin malli.
"Vain odotetun kaoottisen sironnan sijasta nämä hiekkajyvät, jotka edustavat maailmankaikkeuden asiaa, muuttuvat välittömästi moniksi valmiiksi" hiekkalinnoiksi ", jotka muodostuvat epäselvästi, miten ja ilman ulkopuolista apua", kertoo Stephen Countryman, Columbian yliopiston jatko-opiskelija.
Suuren räjähdyksen tulos olisi voinut (ja ehkä sen olisi pitänyt olla) korkean tason entropian syntyminen epätasaisesti jakautuneen aineen muodossa. Sen sijaan näemme kuitenkin tähtijärjestelmät, galaksit ja kokonaiset galaksiryhmät toisiinsa yhteydessä. Näemme järjestyksen.
Lisäksi on tärkeää ymmärtää, että entropia eli häiriö voi vain lisääntyä ajan myötä - sama hiekkalinna ennemmin tai myöhemmin hajoaa jälleen ilman ulkopuolista apua moniksi hiekanjyviksi. Lisäksi, kuten Carroll huomauttaa, ajanhavaintomme liittyy suoraan maailmankaikkeuden alusta lähtien alkaneen entropian tasoon. Samaan aikaan itse entropiaa voidaan pitää eräänlaisena ajasta riippuvana fyysisenä omaisuutena, jolla on vain yksi liikkeen suunta - tulevaisuuteen.
Mainosvideo:
Joten fysiikan lakien mukaan entropia voi vain kasvaa, mutta sen nykyinen taso maailmankaikkeudessa on hyvin matala. Carrollin mukaan tämä voi tarkoittaa vain yhtä asiaa: varhaisessa maailmankaikkeudessa oli vielä alempi taso, toisin sanoen maailmankaikkeuden olisi pitänyt olla vielä järjestäytyneempi ja järjestäytyneempi. Ja tämä puolestaan voi synnyttää ajatuksen siitä, mitä universumillemme tapahtui ennen Suurta Bangta.
”On monia ihmisiä, jotka uskovat, että varhainen maailmankaikkeus oli hyvin yksinkertainen, mielenkiintoinen ja ilmeetön järjestelmä. Heti kun yhdistät entropian tähän kysymykseen, perspektiivi muuttuu välittömästi ja huomaat, että tässä tapauksessa on asioita, jotka on selitettävä”, Carroll jatkaa.
Vaikka jätämme entropian sivuun, meillä on muita yhtä tärkeitä näkökohtia, jotka on jotenkin mukautettava nykyiseen universumiin, jossa elämme. Lisäksi joissakin tapauksissa matalat entropiatasot näyttävät olevan vähemmän merkittäviä kuin toisissa. Siksi yritämme tarkastella kolmea suosituinta oletusta siitä, mitä universumille olisi voinut tapahtua ennen suurta räjähdystä.
Big Rebound -malli
Yhden hypoteesin mukaan maailmankaikkeuden matala entropiataso johtuu siitä, että sen ulkonäkö itsessään oli seurausta jonkin "edellisen" maailmankaikkeuden hajoamisesta. Tämä hypoteesi sanoo, että maailmankaikkeutemme olisi voinut muodostua nopean puristuksen ("palautumisen") seurauksena, joka johtuu kvanttigravitaation (singulariteetin) monimutkaisista vaikutuksista, mikä puolestaan synnyttää Suuren Bangin. Tämä puolestaan voi osoittaa, että voimme elää yhtä menestyksekkäästi missä tahansa vaiheessa syntyvien maailmankaikkeuksien loputtomassa sekvenssissä, ja päinvastoin, maailmankaikkeuden "ensimmäisessä iteraatiossa".
Tätä hypoteettista mallia maailmankaikkeuden syntymästä kutsutaan joskus "Big Bounce" -malliksi. Tämän termin ensimmäinen maininta kuulostaa 60-luvulta, mutta tämä malli muuttui enemmän tai vähemmän muodostuneeksi hypoteesiksi vasta 80-luvulla - 90-luvun alussa.
Vähemmän merkittävistä kiistanalaisista kohdista Big Bounce -mallilla on myös selkeitä puutteita. Esimerkiksi ajatus romahtaa singulariteetiksi on ristiriidassa Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian kanssa - sääntöjen kanssa, joilla painovoima toimii. Fyysikot uskovat, että singulariteettivaikutus voi esiintyä mustien aukkojen sisällä, mutta fyysiset lait, joita tiedämme, eivät tarjoa meille mekanismia selittää, miksi “toisen maailmankaikkeuden”, joka on saavuttanut singulariteetin, pitäisi tuottaa iso bang.
"Mikään yleinen suhteellisuusteoria ei osoita uuden maailmankaikkeuden" palautumista "singulariteetin seurauksena", Sean Carroll sanoo.
Tämä ei kuitenkaan ole ainoa suuri kiistanalainen asia. Tosiasia on, että Big Bounce -malli tarkoittaa suoraviivaisen ajankulun läsnäoloa laskevalla entropialla, mutta kuten edellä mainittiin, entropia vain kasvaa ajan myötä. Toisin sanoen, tunnettujen fysiikan lakien mukaan, pomppiva maailmankaikkeus on mahdotonta.
Mallin jatkokehitys johti hypoteesin syntymiseen, jonka mukaan aika maailmankaikkeudessa voi olla syklinen. Mutta samalla malli ei vieläkään pysty selittämään, kuinka maailmankaikkeuden nykyinen laajeneminen korvataan sen supistumisella. Tämä ei kuitenkaan välttämättä tarkoita, että Big Bounce -malli olisi täysin väärä. On mahdollista, että nykyiset teoriamme siitä ovat yksinkertaisesti epätäydellisiä eivätkä ole täysin harkittuja. Loppujen lopuksi fysiikan lait, jotka meillä on nyt, ovat peräisin rajasta, jonka mukaan voimme tarkkailla maailmankaikkeutta.
Nukkuva universumin malli
"Ehkä ennen suurta räjähdystä maailmankaikkeus oli hyvin kompakti, hitaasti kehittyvä staattinen tila", teoriassa fyysikot kuten Kurt Hinterbichler, Austin Joyce ja Justin Khoury.
Tällä "räjähdystä edeltävällä" maailmankaikkeudella oli oltava metastabiili tila, eli sen on oltava vakaa, kunnes vielä vakaampi tila ilmestyy. Kuvittele analogisesti kallio, jonka reunalla siirtolohkare on värähtelytilassa. Kaikki kosketukset lohkareeseen johtavat siihen, että se putoaa kuiluun tai - mikä on lähempänä tapaustamme - alkuräjähdystä. Joidenkin teorioiden mukaan "räjähdystä edeltävä" maailmankaikkeus voisi esiintyä eri muodossa, esimerkiksi litistetyn ja hyvin tiheän tilan muodossa. Tämän seurauksena tämä metastabiili jakso päättyi: se laajeni dramaattisesti ja sai muodon ja tilan siitä, mitä näemme nyt.
"Nukkumismaailman mallilla on kuitenkin myös ongelmia", Carroll sanoo.
"Siinä oletetaan myös, että maailmankaikkeuksellamme on matala entropia eikä se selitä, miksi näin on."
Case Western Reserve Universityn teoreettinen fyysikko Hinterbichler ei kuitenkaan näe matalan entropian syntymistä ongelmana.
Etsimme vain selitystä dynamiikalle, joka tapahtui ennen Isoa räjähdystä, mikä selittää miksi näemme mitä näemme nyt. Toistaiseksi tämä on meille ainoa jäljellä oleva asia”, Hinterbichler sanoo.
Carroll uskoo kuitenkin, että on olemassa toinen "räjähtävää" universumia käsittelevä teoria, joka selittää universumissamme olevan matalan entropian tason.
Multiverse-malli
Uusien universumien syntyminen "vanhemman universumista"
Hypoteettinen multiversumalli välttää Big Bounce -mallin entropiaa vähentävän reticenssin ja antaa selityksen sen nykyiselle matalalle tasolle, Carroll sanoo. Se on peräisin ajatuksesta "inflaatiosta" - maailmankaikkeuden hyvin hyväksytystä mutta epätäydellisestä mallista. Termi "inflaatio" ja ensimmäisen selityksen tälle mallille ehdotti vuonna 1981 fyysikko Alan Guth, tällä hetkellä Massachusettsin teknillisessä instituutissa. Tämän mallin mukaan tila Suuren räjähdyksen jälkeen on laajentunut dramaattisesti. Niin dramaattisesti, että tämän laajennuksen nopeus oli suurempi kuin valon nopeus. Kvanttimekaniikan mukaan avaruudessa tapahtuu jatkuvasti satunnaisia, hienovaraisia energian vaihteluita. Jossakin inflaatiokauden vaiheessa näiden vaihteluiden huiput saavuttivat maksiminsa ja aiheuttivat galakseja,tyhjät tilat ja laajamittaiset matalan entropian rakenteet, joita havaitsemme maailmankaikkeudessa tänään.
Itse inflaatiomalli kehitettiin kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn havaintojen perusteella - vanhin säteilytyyppi, joka ilmestyi vain muutama sata tuhatta vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tutkijat uskovat, että inflaatiomalli ennustaa sen olemassaolon täydellisesti.
Yksi hypoteesi on, että multiversumi saattaa johtua inflaatiosta. Oletus sanoo, että on olemassa yksi hyvin, hyvin suuri maailmankaikkeus, joka toisinaan synnyttää kompakteempia universumeja. Lisäksi näiden universumien välinen viestintämuoto ei ole mahdollinen. PBS Novan Markus Wu selittää:
"Fyysikot tulivat 80-luvun alussa siihen tulokseen, että inflaatiolla voi olla luonteensa ääretön luonne, se pysähtyy vain joillakin avaruusalueilla ja luo jonkinlaisia suljettuja" taskuja ". Näiden "taskujen" välillä inflaatio kuitenkin jatkuu ja se virtaa nopeammin kuin valon nopeus. Puolestaan toisistaan eristetyistä "taskuista" tulee lopulta universumeja."
Carroll on vaikuttunut eniten tästä mallista, vaikka hänen oma ehdotettu mallinsa onkin hieman erilainen kuin edellä on kuvattu:
"Tämä on vain yksi versio multiversumiteoriasta, mutta tärkein ero tässä on se, että" emäuniversumilla "voi olla korkea entropian taso ja se luo universumeja, joilla on alhainen entropian taso", Carroll sanoo.
Tämän mallin mukaan ennen Isoa räjähdystä oli eräänlainen suuri laajeneva tila, josta syntyi meidän ja ääretön määrä muita universumeja. Muut universumit ovat kykenemättömiä havaitsemaan ne, ja ne olisivat voineet muodostua sekä ennen universumia että sen jälkeen.
On huomattava, että tällä hetkellä tämä on yksi suosituimmista malleista. Siitä huolimatta tutkijat tietysti kokevat sen eri tavalla. Jotkut tukevat tätä ajatusta, toiset päinvastoin, ovat täysin eri mieltä siitä. Mutta jos otamme esimerkkinä Peter Voightin Columbian yliopistosta, vaikka monimuotoisuuden teoria näyttää suosituilta tieteiltä erittäin houkuttelevalta, se voi tehdä fyysikoista laiskoja ja saada heidät lopettamaan vastausten etsimisen perustavanlaatuisimpiin kysymyksiin, esimerkiksi miksi fyysiset vakiot ovat universumissamme? täsmälleen sellaisina kuin ne ovat - kaikki vaihtelut poistetaan.
"Teoreetikot spekuloivat loputtoman määrän maailmankaikkeuksia, ja lopulta voimme keksiä selkeitä malleja, jotka voivat selittää, miksi arvot (kuten havaitsemiemme hiukkasten perusominaisuudet) voivat erota toisistaan kussakin yksittäisessä universumissa", Voight sanoo …
Voight pelkää, että jonain päivänä tämän alan tieteen pääkysymys on aihe "kuinka onnekkaita olemme olla tässä satunnaisessa universumissa, jossa kaikki tapahtuu tällä tavalla, eikä eri tavalla, lukemattomista mahdollisuuksista huolimatta, joten luopumme tästä yrityksestä teorioilla ".
Mitä voidaan tiivistää? Monille fyysikoille maksetaan riitaa ja kirjojen kirjoittamista, joissa he yrittävät kuvata, kuinka Iso Bang ja "räjähdystä edeltävän" maailmankaikkeuden malli voivat selittää sen, mitä näemme tänään, vaikka he itse eivät tiedä eivätkä voi tietää. miksi se on niin. Tosiasia on, että vaikka matemaattisissa malleissa ja selityksissä on vakavia yksinkertaistuksia, emme ole päässeet lähelle oikeaa vastausta, ja meillä on vielä paljon perusteluja tästä aiheesta, kunnes olemme päässeet toivottuun tulokseen.
On tärkeää paitsi esittää teorioita ja hypoteeseja. On paljon tärkeämpää tehdä ihmisille selväksi, että itse asiassa emme itse vielä ymmärrä, mistä puhumme. Kaikki tämä on vain oletusten tasolla, mutta toivon, että ennemmin tai myöhemmin pystymme löytämään oikean vastauksen, joka sopii kaikille”, Carroll sanoo.
NIKOLAY KHIZHNYAK