Naše vesolje je nastalo pred 13,7 milijarde let, ki ga je povzročil Veliki prasak, znanstveniki pa že več generacij poskušajo razumeti ta pojav.
Konec dvajsetih let 20. stoletja je Edwin Hubble odkril, da so vse galaksije, ki jih vidimo po eksploziji, raztresene fragmente granate, hkrati pa je belgijski astronom in teolog Georges Lemaitre predstavil svojo hipotezo (leta 1931 je bila objavljena na straneh "Narave"). Verjame, da se je zgodovina vesolja začela z eksplozijo "primarnega atoma", in to je povzročilo čas, prostor in materijo (prej, v začetku dvajsetih let prejšnjega stoletja, je sovjetski znanstvenik Alexander Fridman, ki je analiziral Einsteinove enačbe, prav tako prišel do zaključka, da "Vesolje je bilo ustvarjeno iz točke" in je trajalo "desetine milijard naših običajnih let").
Sprva so astronomi ostro zavrnili sklepe belgijskega teologa. Ker je bila teorija velikega poka popolnoma združena s krščanskim verovanjem v Boga Stvarnika. Znanstveniki že dve stoletji zatirajo prodor v znanost kakršne koli religiozne špekulacije o "začetku vseh začetkov". In zdaj se Bog, izgnan iz narave pod merjenim drsenjem koles Newtonske mehanike, nepričakovano vrne. Prihaja v plamenih velikega poka in težko si je zamisliti bolj zmagoslavno sliko njegovega videza.
Vendar težava ni bila le v teologiji - Veliki prasak ni upošteval zakonov natančnih znanosti. Najpomembnejši trenutek v zgodovini Vesolja je bil zunaj razumevanja. Na tej edini (singularni) točki, ki se nahaja na osi prostor-čas, je splošna teorija relativnosti prenehala delovati, ker so tlak, temperatura, energijska gostota in ukrivljenost prostora hiteli v neskončnost, torej izgubili ves fizični pomen. Na tej točki so vse te sekunde števci in astronomske enote izginili, se niso spremenili v nič, ne v negativne vrednosti, temveč v popolno odsotnost, v popolno nesmiselnost. Ta točka je vrzel, ki je ni mogoče premagati na potezah logike ali matematike, luknja skozi čas in prostor.
Šele v šestdesetih letih prejšnjega stoletja sta Roger Penrose in Stephen Hawking prepričljivo pokazala, da je v okviru Einsteinove teorije singularnost Big Bang neizogibna. Vendar to teoretikom ni moglo olajšati dela. Kako opisati Big Bang? Kaj je bil na primer vzrok tega dogodka? Konec koncev, če pred njim sploh ni bilo časa, potem se zdi, da ni razloga, ki bi ga rodil.
Kot smo zdaj razumeli, je treba za oblikovanje popolne teorije o velikem udaru povezati Einsteinovo doktrino, ki opisuje prostor in čas, s kvantno teorijo, ki obravnava elementarne delce in njihove interakcije. Verjetno bo minilo več kot desetletje, preden bo to mogoče, in da dobimo eno samo "formulo vesolja."
In kje bi se na primer lahko pojavila ogromna količina energije, ki je povzročila to eksplozijo neverjetne moči? Morda ga je naše vesolje podedovalo od svojega predhodnika, ki je propadlo v edinstveno točko? Vendar, kje jo je potem dobila? Ali pa se je energija izlila v prvotni vakuum, iz katerega je naše Vesolje zdrsnilo kot "mehurček pene"? Ali vesolje starejše generacije prenašajo energijo v vesolje mlajše generacije skozi črne luknje - tiste edinstvene točke - v globinah katerih se morda rojevajo novi svetovi, ki jih nikoli ne bomo videli? Kakor koli že, vesolje se v takih modelih pojavlja kot "odprt sistem", ki ne ustreza popolnoma "klasični" sliki velikega poka: "Ni bilo nič, in nenadoma se je rodilo vesolje."
Vesolje je bilo v času nastanka v izjemno gosto in vroče stanje.
Promocijski video:
Ali je morda, po mnenju nekaterih raziskovalcev, naše Vesolje na splošno … brez energije ali bolje rečeno, njegova celotna energija je nič? Pozitivna energija sevanja, ki jo oddaja materija, je odvisna od negativne gravitacijske energije. Plus in minus daje nič. Ta razvpit "0" se zdi ključen za razumevanje narave Velikega poka. Iz njega - iz "nič", iz "nič" - vse se je takoj rodilo. Po naključju. Spontano. Samo. Zanemarljiv odklon od 0 je povzročil splošen plaz dogodkov. Primerjamo lahko tudi takšno primerjavo: kamnita krogla, ki se je balansirala na vrhu neke Chomolungme, tanka kot spirala, se je nenadoma zamahnila in zavihtela navzdol, kar je ustvarilo "plaz dogodkov."
1973 - fizik Edward Trion iz Amerike je poskušal opisati postopek rojstva našega vesolja, in sicer z uporabo Heisenbergovega načela negotovosti, enega od temeljev kvantne teorije. Po tem načelu, bolj natančno kot na primer merimo energijo, bolj postane negotov čas. Torej, če je energija strogo nič, potem je čas lahko poljubno dolg. Tako velika, da se bo slej ko prej pojavilo nihanje v kvantnem vakuumu, iz katerega naj bi se rodilo Vesolje. To bo vodilo do hitre rasti prostora, ki bo na videz iz nič. "Samo, da se vesolji včasih rodijo, to je tudi vse," tako je preprosto Trion razložil ozadje velikega poka. To je bila velika naključna eksplozija. To je vse.
Ali se lahko Veliki pokop ponovi?
Čudno, da. Živimo v vesolju, ki še vedno lahko obrodi sadove in rodi nove svetove. Ustvarjenih je bilo več modelov, ki opisujejo "Big Bangs" prihodnosti.
Zakaj se na primer v istem vakuumu, ki je rodil naše vesolje, ne pojavljajo nova nihanja? Morda se je v teh 13,7 milijardah let ob našem vesolju pojavil nešteto svetov, ki se nikakor niso dotikali. Imajo različne zakone narave, obstajajo različne fizikalne konstante. V večini teh svetov življenje nikoli ne bi moglo nastati. Mnogi med njimi takoj umrejo, propadajo. Toda v nekaterih vesoljih - po naključju! - obstajajo pogoji, pod katerimi lahko nastane življenje.
A poanta ni le v vakuumu, ki ostane pred začetkom "vseh časov in narodov". Nihanja, polna prihodnjih svetov, se lahko pojavijo tudi v vakuumu, ki je razpršen v našem vesolju - natančneje, v temni energiji, ki ga zapolnjuje. Takšen model "obnavljajočega se vesolja" je razvil ameriški kozmolog, domačin Sovjetske zveze, Aleksander Vilenkin. Te nove "velike šiške" nam ne grozijo. Strukture Vesolja ne bodo uničili, ne bodo je sežgali v pepel, ampak bodo le ustvarili nov prostor zunaj meja našega opazovanja in razumevanja. Morda se takšne "eksplozije", ki označujejo rojstvo novih svetov, dogajajo v globinah številnih črnih lukenj, ki pikajo vesolje, je prepričan ameriški astrofizik Lee Smolin.
Drugi domačin iz ZSSR, ki živi na Zahodu, kozmolog Andrei Linde verjame, da smo sami sposobni ustvariti nov Veliki prasak, saj smo v nekem trenutku v vesolju zbrali ogromno energije, ki presega določeno kritično mejo. Po njegovih izračunih bi lahko vesoljski inženirji vzeli neviden ščepec snovi - le nekaj stotin miligrama - in jo kondenzirali do te mere, da bo energija tega strdka znašala 1015 gigalektronvoltov. Nastala bo drobna črna luknja, ki se bo začela eksponentno širiti. To bo ustvarilo »hčerinsko vesolje« s svojim vesoljem in časom, ki se hitro loči od našega vesolja.
… V naravi Velikega poka je veliko fantastičnih stvari. Toda veljavnost te teorije dokazujejo številni naravni pojavi. Sem spadajo opazovana širitev vesolja, slika porazdelitve kemičnih elementov, pa tudi kozmično sevanje ozadja, ki ga imenujemo "relikvija velikega poka".
Pred velikim praskom?
Svet ne obstaja večno. Izvira iz plamenov Velikega poka. Vendar je bil to edinstven pojav v vesoljski zgodovini? Ali ponavljajoč se dogodek, kot so rojstvo zvezd in planetov? Kaj pa, če je Big Bang le faza prehoda iz enega stanja večnosti v drugo?
Številni fiziki pravijo, da je bilo na začetku nekaj in ni nič. Morda se je naše vesolje - tako kot drugi - rodilo iz elementarnega kvantnega vakuuma. Toda ne glede na to, kako minimalno preprosto je takšno stanje - in fizikalni zakoni ne dopuščajo obstoja manj kot kvantni vakuum - tega ne moremo imenovati "nič".
Morda je Vesolje le še eno celotno stanje večnosti? In bizarna razporeditev galaksij in galaksijskih grozdov - nekaj podobnega kristalni rešetki, ki je imela v n-dimenzionalnem svetu, ki je obstajal pred rojstvom našega Vesolja, povsem drugačno strukturo in ki jo je morda napovedovala "formula za vse", ki jo je Einstein iskal? In ali ga bomo našli v prihodnjih desetletjih? Znanstveniki intenzivno pokukajo skozi zid neznanega, ki nas je ograjil iz vesolja, in poskušajo razumeti, kaj se je zgodilo v trenutku prej, po naših običajnih idejah ni bilo ničesar. Kakšne oblike večnega kozmosa si lahko predstavljamo, če čas in prostor obdarujemo s tistimi lastnostmi, ki so v našem vesolju nepojmljive?
Nekatere najbolj obetavne teorije, ki jih poskušajo fiziki iztisniti v celotno večnost, so morda teorija kvantne geometrije, kvantna dinamika spina ali kvantna gravitacija. Največji prispevek k njihovemu razvoju so dali Abei Ashtekar, Ted Jacobson, Jerzy Lewandowski, Carlo Rovelli, Lee Smolin in Thomas Thiemann. Vse to so najkompleksnejše fizične konstrukcije, cele palače, postavljene iz formul in hipotez, samo da bi preboj skrival v njihovi globini in temi, posebnosti časa in prostora.
Doba singularnosti
Krožne poti novih teorij nas silijo, da stopimo čez na videz očitne resnice. Tako se v kvantni geometriji prostor in čas, prej neskončno razdrobljen, nenadoma razbijeta na ločene otoke - dele, kvante, manjši od katerih ni ničesar. Vse posamezne točke se lahko vdelajo v te "balvane". Prostor-čas se sam spremeni v preplet enodimenzionalnih struktur - "mreže vrtljajev", torej postane diskretna struktura, nekakšna veriga, pletena iz ločenih povezav.
Prostornina najmanjše možne zanke prostora je le 10-99 kubičnih centimetrov. Ta vrednost je tako majhna, da je v enem kubičnem centimetru veliko več kvantov prostora kot tisti isti kubični centimeter v vesolju, ki ga opazujemo (njegova prostornina je 1085 centimetrov v kocki). Znotraj kvante prostora ni nič, nobene energije, ne glede na to - tako kot znotraj matematične točke - po definiciji - ni trikotnika ali ikozaedra. A če za opis velikega praska uporabimo hipotezo "submikroskopskega tkiva vesolja", dobimo neverjetne rezultate, kot sta pokazala Abei Ashtekar in Martin Bojovald z univerze v Pensilvaniji.
Če v teoriji Standardne kozmologije, ki prevzame neprekinjen pretok prostora, zamenjamo diferencialne enačbe z drugimi diferencialnimi enačbami, ki izhajajo iz teorije kvantne geometrije, potem skrivnostna singularnost izgine. Fizika se ne konča tam, kjer se začne Veliki prašek - to je prvi spodbuden zaključek kozmologov, ki niso hoteli sprejeti lastnosti vesolja, ki jih vidimo kot končno resnico.
V teoriji kvantne gravitacije domnevamo, da se je naše Vesolje (tako kot vse druge) rodilo v naključnem nihanju kvantnega vakuuma - globalnem makroskopskem okolju, v katerem ni bilo časa. Vsakič, ko se v kvantnem vakuumu pojavi nihanje določene velikosti, se rodi novo Vesolje. Odcepi se od homogenega okolja, v katerem se je oblikoval, in začne svoje življenje. Zdaj ima svojo zgodovino, svoj prostor, svoj čas, svojo puščico časa.
V sodobni fiziki je bilo ustvarjenih več teorij, ki prikazujejo, kako iz večno obstoječega okolja, kjer ni Macrotime, toda na nekaterih točkah, v katerih teče njegov mikročas, lahko nastane tako velik svet, kot je naš.
Na primer, fizika Gabriele Veneziano in Maurizio Gasperini iz Italije, v okviru teorije strun, nakazujeta, da je prvotno obstajal tako imenovani "strunski vakuum". Naključna kvantna nihanja v njej so privedla do dejstva, da je gostota energije dosegla kritično vrednost, kar je povzročilo lokalni propad. Kar se je končalo z rojstvom našega Vesolja iz vakuuma.
Abei Ashtekar in Martin Bojovald sta v okviru teorije kvantne geometrije pokazala, da prostor in čas lahko izhajata iz bolj primitivnih temeljnih struktur, in sicer iz "spin mrež".
Eckhard Rebhan z univerze v Düsseldorfu in - neodvisno od njega - George Ellis in Roy Maartens z univerze v Cape Townu razvijata idejo o "statičnem vesolju", o katerem sta že razmišljala Albert Einstein in britanski astronom Arthur Eddington. Rebhan in njegovi sodelavci so si v prizadevanju za odpravo učinkov kvantne gravitacije prišli do sferičnega prostora, ki sedi sredi večne praznine (ali, če vam je ljubše, prazne večnosti), kjer ni časa. Zaradi neke nestabilnosti se tu razvije inflacijski proces, ki vodi do vročega velikega poka.
Seveda so našteti modeli špekulativni, vendar v bistvu ustrezajo sodobnemu nivoju razvoja fizike in rezultatom astronomskih opazovanj zadnjih nekaj desetletij. Vsekakor je ena stvar jasna. Veliki prasak je bil bolj navaden, naraven dogodek in ne takšen.
Ali nam bo tovrstna teorija pomagala razumeti, kaj bi se lahko zgodilo pred velikim praskom? Če se je rodilo vesolje, kaj ga je rodilo? Kje se v sodobnih teorijah kozmologije pojavlja »genetski odtis« njenega starša? 2005 - Abei Ashtekar je na primer objavil rezultate svojih novih izračunov (pri tem sta jim pomagala Tomasz Pavlovski in Paramprit Singh). Iz njih je bilo jasno, da če so začetni premise pravilni, je pred velikim dogodkom obstajal enak vesoljski čas kot po tem dogodku. Fizika našega vesolja se je, kot v ogledalu, odražala v fiziki drugega sveta. V teh izračunih se je Veliki prasak kot zrcalni zaslon prerezal skozi večnost in postavil zraven nezdružljive narave in njenega odseva. In kaj je tu pristnost, kaj je duh?
Edino, kar je mogoče videti "z druge strani stekla z ogledalom", je, da se vesolje takrat ni širilo, ampak je sklepalo pogodbo. Big Bang je postal točka njegovega propada. V tem trenutku sta se prostor in čas za trenutek ustavila, da bi se spet odražala - nadaljevala -, da bi se dvignila kot feniks v svetu, ki ga poznamo, tistemu vesolju, ki ga merimo s svojimi formulami, kodami in številkami. Vesolje se je dobesedno obrnilo navzven, kot rokavice ali majica in se odtlej vztrajno širi. Veliki pokop po besedah Ashtekarja ni bil "stvaritev celotnega Vesolja iz ničesar", ampak je bil le prehod iz ene dinamične oblike večnosti v drugo. Morda vesolje doživlja neskončno serijo "velikih udarcev", in na desetine milijard (ali kar koli drugega) let, ki ločujejo njegove ločene faze, so le obdobja "kozmičnega sinusoida"po zakonih katerih vesolje živi?
Priporočljivo za ogled: "Kdo je ustvaril vesolje? Veliki prasak - Pomembna znanstvena razlaga: vsi argumenti"
A. Volkov