Yrittäessään ymmärtää, mikä on maailmankaikkeuden luonne, miten se on syntynyt ja mikä sitä odottaa tulevaisuudessa, tutkijat laativat joskus epätavallisia hypoteeseja ja malleja, kuten esimerkiksi Big Bounce -teorian.
Alkoiko maailmankaikkeus räjähdyksellä vai pomppuella vai jollakin muulla? Kysymys alkuperästä on yksi fysiikan vaikeimmista ongelmista, ja siihen on vain muutama vastaus ja paljon spekulointia. Nykypäivän suosituin ja yleisesti hyväksytty teoria on kosminen inflaatio, jonka mukaan koko avaruusaika kävi läpi uskomattoman nopean laajenemisen muutaman sekunnin ensimmäisten murto-osien jälkeen. On kuitenkin muitakin kilpailevia ideoita. Esimerkiksi maailmankaikkeuden syklisen mallin mukaan avaruusaikaa edelsi toinen, joka selviytyi suuresta puristuksesta ja räjähti sitten uudelleen - voimme havaita sen tänään. Lisäksi on Big Bounce -teoria, joka seuraa suhdannekuviosta.
Inflaatiomallilla on monia faneja, sillä sen oletettu nopea laajeneminen selittää monia maailmankaikkeuden ominaisuuksia, kuten miksi se näyttää suhteellisen tasaiselta (eikä kaarevalta, kun puhutaan suurista mittakaavoista) ja yhtenäinen kaikkiin suuntiin (kaikkialla avaruudessa, kaikissa aineen suunnat ovat suunnilleen samat). Molemmat olosuhteet kehittyvät, kun toisistaan kaukana olevat avaruusalueet olivat alun perin hyvin lähellä. Teorian viimeisimmät versiot näyttävät kuitenkin viittaavan - tai jopa vaativaan - että inflaatio on luonut paitsi maailmankaikkeutemme myös loputtoman maiseman universumeista, jolle muodostettiin kaikki mahdolliset universumityypit kaikilla fyysisillä laeilla ja ominaisuuksilla. Jotkut tutkijat pitävät tästä oletuksesta,koska se voi selittää maailmankaikkeuden olemassaolon näennäisesti satunnaisilla, mutta ihanteellisesti viritetyillä olosuhteilla elämän olemassaololle. Jos sellaisella maisemalla on kaikki kuviteltavissa olevia ja käsittämättömiä avarustyyppejä, ei ole yllättävää, että meidän joukossamme on. Samalla muut fyysikot pitävät ajatusta multiversumista vastenmielisenä, osittain siksi, että jos jokin teoria ennustaa kaikkien mahdollisten tapahtumien esiintymisen, se ei ennusta ainutlaatuisesti universumiamme.jos jokin teoria ennustaa kaikkien mahdollisten tapahtumien esiintymisen, se ei ennusta ainutlaatuisesti universumiamme.jos jokin teoria ennustaa kaikkien mahdollisten tapahtumien esiintymisen, se ei ennusta ainutlaatuisesti universumiamme.
Big Rebound -teoriat ennustavat myös tasaisen ja tasaisesti täytetyn tilan johtuen tasoittumisvaikutuksista, joita voi esiintyä, kun se supistuu. Rebound-idean kompastuskiveä on kuitenkin pitkään pidetty siirtymänä supistumisesta laajentumiseen, mikä vaatii vihattua ajatusta "singulariteetista" - ajasta, jolloin maailmankaikkeus oli ääretön tiheys - jota monet pitävät matemaattisesti merkityksettömänä olettamuksena siitä, että teoreettinen juna lähti pois kiskot. Viime aikoina fyysikot ovat alkaneet väittää löytäneensä rebound-yhtälöitä, jotka eivät sisällä singulariteetteja. Vuonna 2016 Neil Turok ja Steffen Giehlen julkaisivat laskelmansa Physical Review Letters -lehdessä. Sitten Turok kommentoi tätä työtä seuraavasti:
”Huomasimme, että pystymme kuvaamaan tarkasti maailmankaikkeuden kvanttikehitystä, ja huomasimme, että maailmankaikkeus siirtyy sujuvasti singularismin kautta toiselle puolelle. Olimme toivoneet sitä, mutta emme saaneet sellaisia tuloksia aikaisemmin.
Iso pomppianimaatio / Quanta-lehti.
Joten monet pitävät vuotta 2016 Big Reboundin syntymänä, vaikka konsepti itsessään juontaa juurensa sellaisten tutkijoiden töihin, kuten erityisesti Willem de Sitter ja Georgy Gamow. Läpimurto teorian kehityksessä tuli kahdella tekniikalla, joita Turok ja Ghilen käyttivät. Ensimmäinen oli käyttää vielä keskeneräistä kvantt kosmologian teoriaa - kvanttimekaniikan ja yleisen suhteellisuusteollisuuden seosta - sen sijaan, että kuvailisi maailmankaikkeutta klassisen yleisen teorian kanssa. Toinen tekniikka ehdotti, että kun avaruus oli hyvin nuori, aine käyttäytyi kuin valo - siinä mielessä, että sitä kuvaavat fysiikan lait olivat mittakaavasta riippumattomia. Esimerkiksi valo toimii samalla tavalla aallonpituudestaan riippumatta. Aineen fysiikka eroaa kuitenkin yleensä kyseessä olevasta asteikosta riippuen. Nykyaikaisten mallien mukaanNoin ensimmäisten 50 tuhannen vuoden ajan maailmankaikkeus oli täynnä säteilyä, eikä kaikkialla avaruudessa havaittu paljon tavallista ainetta nykyään. Viimeaikaiset Big Rebound Universumin mallit osoittavat, että se oli skaalaton alkuvaiheessa.
Turok ja Ghilen havaitsivat, että kutistuva maailmankaikkeus tällaisissa olosuhteissa ei koskaan menisi todellisen singulariteetin tilaan. Itse asiassa se "tunneloi" tämän pisteen läpi ja "hyppää" edeltävästä tilasta sen jälkeiseen tilaan. Vaikka tämä saattaa tuntua aluksi temppulta, se on todistettu ilmiö kvanttimekaniikassa (kvanttitunnelointi). Koska hiukkasia ei ole absoluuttisissa tiloissa, vaan ne ovat todennäköisyyden pilviä, on pieni, mutta todellinen mahdollisuus, että ne "tunneloivat" fyysisten esteiden läpi päästäkseen esteettömiin paikkoihin. Se on kuin kävellä seinien läpi, vain mikroskooppisella tasolla. Turk huomauttaa, että epätarkkuudet avaruudessa, ajassa ja aineessa osoittavat, että on mahdotonta sanoa tarkalleen missä universumi on tietyllä hetkellä,mikä antaa sen kulkea singulariteetin läpi.
Mainosvideo:
Kuitenkin vuonna 2016 Paul Steinhardt ja Anna Ijas työskentelivät toisella tavalla osoittamaan matemaattisesti mahdollisuuden palata takaisin. He toivat maailmankaikkeuden malliin erityistyyppisen kentän, jossa puristus voi mennä laajenemaan ennen kuin avaruudesta tulee tarpeeksi pieni menemään singulariteettitilaan. Tutkimuksessaan he käyttivät klassista yleisen suhteellisuusteorian teoriaa. Toisin sanoen tällä työllä he osoittivat, että rebound on mahdollinen paitsi kvanttimekaniikan, myös suhteellisuusteorian näkökulmasta.
Muiden universumin alkuperää ja evoluutiota koskevien hypoteesien tapaan Big Bounce -teoria yrittää paljastaa, miksi maailmankaikkeus on täsmälleen tarkkailemamme sitä. Fyysikkojen rakentamat mallit edustavat vain idealisoituja, täysin sileitä universumeja, joissa ei ole pieniä tiheyden vaihteluita, jotka johtavat tähtien, galaksien ja todellisen avaruuden muodostumiseen. Joten tiedemiehet eivät ole vielä kehittäneet Big Bounce -malleja monimutkaisemmiksi järjestelmiksi.
Jos maailmankaikkeus on jo "pomppinut" kerran, herää looginen kysymys: tapahtuuko se uudelleen? Oli miten on, kaikki rebound-teoriat eivät oleta, että supistusten ja laajenemisten kierto on loputon, kuten maailmankaikkeuden syklinen malli väittää. Esimerkiksi, vaikka maailmankaikkeumme on käynyt läpi tällaisen reboundin, ei ole vielä vihjeitä siitä, että se olisi menossa seuraavaan puristukseen. Lisäksi havainnot osoittavat, että pimeä energia venyttää yhä enemmän tilaa kuljettaen galakseja, jotka eivät ole gravitaatiomaisesti sidottuja toisiinsa, yhä kauemmas toisistaan. Tiedellä ei ole yksiselitteistä vastausta kysymykseen siitä, mitä meitä odottaa tulevaisuudessa. Se liittyy kuitenkin suoraan siihen, miten kaikki alkoi.
Vladimir Guillen