Nihanja vakuuma lahko povzročijo nastanek virtualnih proto-univerzumov, ki se pod določenimi pogoji lahko premaknejo iz virtualnega stanja v resnično.
Fiziki že več let poskušajo zgraditi kvantno teorijo gravitacije - doslej žal brez uspeha. Skoraj vsi se strinjajo, da bi morala takšna teorija kombinirati Einsteinovo relativistično teorijo gravitacije s kvantno mehaniko in to je zelo, zelo težka naloga.
Kvantna mehanika z vsemi svojimi paradoksi vseeno opisuje lastnosti predmetov, ki obstajajo v nekrivljenem newtonskem prostoru. Prihodnja teorija gravitacije bi morala razširiti verjetnostne kvantno-mehanske zakone na lastnosti samega prostora (natančneje, prostora-časa), deformirane v skladu z enačbami splošne relativnosti. Kako to storiti s strogimi matematičnimi izračuni, nihče še ne ve.
Hladno rojstvo
Vendar pa je načine za takšno zvezo mogoče preučiti na kvalitativni ravni in tu se pojavljajo zelo zanimive možnosti. Eno izmed njih je v svoji nedavno objavljeni knjigi "Vesolje iz nič" ("Vesolje iz nič") obravnaval znani kozmolog, profesor na univerzi v Arizoni Lawrence Krauss. Njegova hipoteza je videti fantastično, nikakor pa ne nasprotuje ustaljenim zakonom fizike.
Menijo, da je naše vesolje nastalo iz zelo vročega začetnega stanja s temperaturo okoli 1032 kelvin. Vendar si je mogoče zamisliti hladno rojstvo vesoljev iz čistega vakuuma - natančneje, iz njegovih kvantnih nihanj. Znano je, da takšna nihanja ustvarijo ogromno virtualnih delcev, ki so dobesedno nastali iz nič in so nato brez sledu izginili. Kraussova nihanja po načelu lahko ustvarijo enako eferne proto-vesolje, ki pod določenimi pogoji prehajajo iz virtualnega v resnično.
Promocijski video:
Vesolje brez energije
Kaj je za to potrebno? Prvi in glavni pogoj je, da mora zarodek prihodnjega vesolja imeti nič skupne energije. V tem primeru ne samo, da ni obsojen na skoraj takojšnje izginotje, ampak, nasprotno, lahko obstaja poljubno dolgo. To je posledica dejstva, da po kvantni mehaniki produkt negotovosti v energiji predmeta zaradi negotovosti v njegovi življenjski dobi ne sme biti manjši od končne vrednosti - Planckove konstante.
Ločitev temeljnih interakcij v našem zgodnjem vesolju je bila v naravi faznega prehoda. Pri zelo visokih temperaturah smo združili temeljne medsebojne vplive, vendar se pri ohlajanju pod kritično temperaturo ločitev ni zgodila (to lahko primerjamo s pregrevanjem vode). V tistem trenutku je energija skalarnega polja, povezanega z združevanjem, presegla temperaturo Vesolja, ki je polje obdarila z negativnim pritiskom in povzročila kozmološko inflacijo. Vesolje se je začelo zelo hitro širiti, v trenutku kršenja simetrije (pri temperaturi približno 1028 K) so se njegove dimenzije povečale za 1050-krat. V tem trenutku je tudi skalarno polje, povezano z poenotenjem interakcij, izginilo, njegova energija pa se je spremenila v nadaljnjo širitev Vesolja.
Takoj, ko je energija predmeta strogo enaka nič, se to pozna brez kakršnih koli negotovosti, zato je čas njegovega življenja lahko neskončno dolg. Zaradi tega učinka se dve nabiti telesi, ki se nahajata na zelo velikih razdaljah, privlačita ali odbijata drug od drugega. Vzajemno delujejo z izmenjavo virtualnih fotonov, ki se zaradi svoje ničte mase razširijo na katero koli razdaljo. Nasprotno, kalibrirni vektorski bozoni, ki prenašajo šibke interakcije, zaradi velike mase obstajajo le približno 10-25 sekund, zaradi česar imajo te interakcije zelo majhen polmer.
Kakšno vesolje, čeprav embrionalno, z nič energijo? Kot je razložil profesor Krauss za Popular Mechanics, v tem ni nič mističnega: "Energijo takšnega vesolja sestavljajo pozitivna energija delcev in sevanja (po možnosti tudi skalarna vakuumska polja) in negativna potencialna energija gravitacije. Njihova vsota je lahko enaka nič - matematika to omogoča. Vendar je zelo pomembno, da je takšno energijsko ravnovesje možno le v zaprtih svetovih, katerih prostor ima pozitivno ukrivljenost. Ravna in še bolj odprta vesolja nimajo takšne lastnosti."
Fazni prehod se je v evoluciji Vesolja zgodil trikrat: pri temperaturi od 10 do 28 stopinj K (Velika združitev medsebojnih odnosov se je razpadla), 10 do 15 stopinj K (razpad elektroakutne interakcije) in 10 do 12 stopinj K (kvarki so se začeli združevati v hadrone).
Čudeži inflacije
Kaj se zgodi, če kvantna nihanja vakuuma povzročijo virtualno vesolje z ničelno energijo, ki je zaradi kvantnih možnosti dobilo nekaj časa za življenje in evolucijo? Odvisno je od njegove sestave. Če je vesolje vesolje napolnjeno s snovjo in sevanjem, se bo najprej razširilo, doseglo največjo velikost in se pri gravitacijskem kolapsu zrušilo, saj je obstajalo le majhen del sekunde. Druga stvar je, če v prostoru obstajajo skalarna polja, ki lahko sprožijo proces inflacijske ekspanzije. Obstajajo scenariji, v katerih ta širitev ne samo prepreči gravitacijski kolaps vesolja "mehurčkov", ampak ga spremeni tudi v skoraj ploščat in neomejen svet. Tako tudi čas njenega življenja raste neizmerno - skoraj do neskončnosti. Tako je dr.majceno virtualno vesolje postane čisto resnično - ogromno in dolgoživo. Tudi če je njegova starost dokončna, lahko precej preseže trenutno starost našega vesolja. Zato se lahko zvezde in zvezdni grozdi, planeti in celo, kaj za vraga se ne šali, tam lahko pojavi inteligentno življenje. Popolno vesolje, ki je nastalo dobesedno iz nič - to so čudeži, ki jih je zmožna inflacija!
Aleksej Levin