Teoretični fiziki in kozmologi morajo iskati odgovore na najbolj temeljna vprašanja: "Zakaj smo tukaj?", "Kdaj se je pojavilo vesolje?" in "Kako se je to zgodilo?" Kljub očitni pomembnosti iskanja odgovorov na ta vprašanja obstaja vprašanje, ki jih s svojim zanimanjem zasenči: "Kaj se je zgodilo pred velikim pokom?"
Bodimo iskreni: na to vprašanje ne moremo odgovoriti. Nihče ne more. Toda navsezadnje nihče ne prepoveduje špekuliranja o tej temi in upoštevanja več zanimivih predpostavk? Sean Carroll s Kalifornijskega tehnološkega inštituta se na primer strinja s tem. Prejšnji mesec se je Carroll udeležil dvoletnega srečanja Ameriškega astronomskega društva, kjer je predlagal več "predeksplozivnih" scenarijev, katerih "zadnji akord" bi lahko bil nastanek našega vesolja. Spet gre za špekulacije in ne za teorijo, zato vas prosimo, da to upoštevate.
"Takrat tako rekoč zakoni fizike, za katere vemo, še niso veljali, saj" takrat "še niso obstajali," pravi Carroll.
»Ko fiziki rečejo, da nimajo pojma, kaj se je takrat zgodilo, to povejo z resnostjo. Ta del zgodovine je v popolnoma nepregledni temi, «se strinja Peter Voight, teoretični fizik z univerze Columbia.
Ena najbolj nenavadnih lastnosti našega vesolja je, da ima zelo nizko stopnjo entropije. Ta izraz ima veliko interpretacij, vendar v tem primeru govorimo o stopnji motnje. In v primeru Vesolja je v njem več reda kot nereda. Predstavljajte si bombo, napolnjeno s peskom. Bomba eksplodira, milijarde milijard zrn peska, ki se nahajajo v njej, pa se razpršijo v različne smeri - pravzaprav je pred vami model Velikega poka.
"Toda namesto pričakovanega kaotičnega razprševanja se ta zrna peska, ki predstavljajo zadevo našega vesolja, takoj spremenijo v številne pripravljene" peščene gradove ", ki so nastali nejasno, kako in brez zunanje pomoči," - pravi Stephen Countryman, podiplomski študent na univerzi Columbia.
Rezultat velikega poka je lahko (in morda bi moral) biti pojav velike stopnje entropije mase v obliki neenakomerno porazdeljene snovi. Namesto tega vidimo zvezdne sisteme, galaksije in celotne jate galaksij, ki so med seboj povezane. Vidimo red.
Poleg tega je pomembno razumeti, da se lahko entropija ali motnja sčasoma samo še poveča - isti peščeni grad bo slej ko prej in brez zunanje pomoči spet razpadel v številna zrna peska. Poleg tega, kot poudarja Carroll, je naše opazovanje časa neposredno povezano z nivojem entropije od začetka vesolja. Istočasno lahko samo entropijo štejemo za nekakšno fizično lastnost, ki je odvisna od časa in ima samo eno smer gibanja - v prihodnost.
Promocijski video:
Entropija se torej v skladu z zakoni fizike lahko samo poveča, vendar je njena trenutna raven v vesolju zelo nizka. Po Carrollu to lahko pomeni samo eno: zgodnje vesolje je imelo še nižjo raven, to je, da bi bilo vesolje še bolj organizirano in urejeno. In to lahko povzroči nastanek ideje o tem, kaj se je dejansko zgodilo z našim vesoljem pred velikim pokom.
»Veliko ljudi verjame, da je bilo zgodnje vesolje zelo preprost, nezanimiv in brezizrazen sistem. Ko pa entropijo povežete s tem vprašanjem, se perspektiva takoj spremeni in ugotovite, da je v tem primeru treba stvari razložiti, «nadaljuje Carroll.
Tudi če pustimo ob strani entropijo, bomo imeli še druge enako pomembne vidike, ki jih je treba nekako prilagoditi našemu trenutnemu vesolju, v katerem živimo. Poleg tega se v nekaterih primerih zdijo nizke ravni entropije manj pomembne kot v drugih. Zato bomo poskušali razmisliti o treh najbolj priljubljenih predpostavkah o tem, kaj bi se lahko zgodilo z vesoljem pred velikim pokom.
Model velikega odboja
Po eni od hipotez naj bi bila nizka stopnja entropije našega vesolja posledica dejstva, da je bil sam njegov videz rezultat razpada nekega "prejšnjega" vesolja. Ta hipoteza navaja, da bi lahko naše Vesolje nastalo kot posledica hitrega stiskanja ("odbijanja"), ki ga vodijo kompleksni učinki kvantne gravitacije (singularnosti), kar je posledično povzročilo Veliki pok. To pa lahko pomeni, da lahko živimo z enakim uspehom na kateri koli točki neskončnega zaporedja nastajajočih vesolj in, nasprotno, v "prvi ponovitvi" vesolja.
Ta hipotetični model videza vesolja se včasih imenuje model "Big Bounce". Prva omemba tega izraza se sliši že v 60. letih, vendar se je ta model v bolj ali manj oblikovano hipotezo spremenil šele v 80. in zgodnjih 90. letih.
Med manj pomembnimi spornimi točkami ima model Big Bounce tudi očitne napake. Ideja kolapsa v singularnost je na primer v nasprotju z Einsteinovo splošno teorijo relativnosti - pravili, po katerih deluje gravitacija. Fiziki verjamejo, da lahko učinek singularnosti obstaja znotraj črnih lukenj, toda fizični zakoni, ki jih poznamo, nam ne morejo zagotoviti mehanizma, da bi razložili, zakaj naj bi "drugo vesolje", ki je doseglo singularnost, povzročilo Veliki pok.
"V splošni relativnosti ni ničesar, kar bi nakazovalo" odboj "novega vesolja zaradi singularnosti," pravi Sean Carroll.
Vendar to ni edina velika sporna točka. Dejstvo je, da model Big Bounce pomeni prisotnost linearnega poteka s padajočo entropijo, toda, kot smo že omenili, entropija s časom narašča. Z drugimi besedami, v skladu z zakoni fizike, ki jih poznamo, je videz poskakujočega vesolja nemogoč.
Nadaljnji razvoj modela je privedel do pojava hipoteze, da je čas v vesolju lahko cikličen. Toda hkrati model še vedno ne more pojasniti, kako bo sedanjo širitev vesolja nadomestilo njegovo krčenje. Vendar to ne pomeni nujno, da je vzorec Big Bounce popolnoma napačen. Možno je, da so naše trenutne teorije o tem preprosto nepopolne in niso v celoti premišljene. Navsezadnje fizikalni zakoni, ki jih imamo zdaj, izhajajo iz meje, po kateri lahko opazujemo vesolje.
Model spečega vesolja
"Morda je bilo vesolje pred velikim pokom zelo kompakten, počasi razvijajoč se statični prostor," teoretizirajo fiziki, kot so Kurt Hinterbichler, Austin Joyce in Justin Khoury.
To "predeksplozivno" vesolje je moralo imeti metastabilno stanje, to je stabilno, dokler se ni pojavilo še bolj stabilno stanje. Po analogiji si predstavljamo pečino, na robu katere je balvan v stanju vibracij. Vsak stik z balvanom bo povzročil dejstvo, da pade v brezno ali - kar je bližje našemu primeru - se bo zgodil Veliki pok. Po nekaterih teorijah bi lahko "predeksplozivno" vesolje obstajalo v drugačni obliki, na primer v obliki sploščenega in zelo gostega prostora. Posledično se je to metastabilno obdobje končalo: močno se je razširilo in dobilo obliko in stanje tega, kar vidimo zdaj.
"Model spečega vesolja pa ima tudi svoje težave," pravi Carroll.
"Predpostavlja tudi, da ima naše vesolje nizko stopnjo entropije in ne pojasnjuje, zakaj je temu tako."
Vendar pa Hinterbichler, teoretični fizik z univerze Case Western Reserve, pojav nizke entropije ne vidi kot problem.
»Samo iščemo razlago dinamike, ki se je zgodila pred velikim pokom, ki pojasnjuje, zakaj vidimo to, kar vidimo zdaj. Zaenkrat je to edino, kar nam je ostalo, «pravi Hinterbichler.
Carroll pa meni, da obstaja še ena teorija o "predeksplozivnem" vesolju, ki lahko razloži nizko stopnjo entropije v našem vesolju.
Model Multiverse
Pojav novih vesolj iz "matičnega vesolja"
Hipotetični multiverse model se izogiba entropiji zmanjšanju zadržanosti modela Big Bounce in daje razlago za njegovo nizko stopnjo danes, pravi Carroll. Izvira iz ideje "inflacije" - dobro sprejetega, a nepopolnega modela vesolja. Izraz "inflacija" in prvo razlago tega modela je leta 1981 predlagal fizik Alan Guth, trenutno na Massachusetts Institute of Technology. Po tem modelu se je prostor po velikem poku močno razširil. Tako dramatično, da je bila hitrost te širitve večja od svetlobne. Po kvantni mehaniki se v vesolju nenehno pojavljajo naključna, subtilna nihanja energije. V nekem trenutku inflacijskega obdobja so vrhovi teh nihanj dosegli svoj maksimum in povzročili videz galaksij,praznine in obsežne nizkoentropijske strukture, ki jih danes opažamo v vesolju.
Sam inflacijski model je bil razvit na podlagi opazovanj kozmičnega mikrovalovnega sevanja v ozadju - najstarejše vrste sevanja, ki se je pojavilo le nekaj sto tisoč let po velikem poku. Znanstveniki verjamejo, da inflacijski model popolnoma napoveduje svoj obstoj.
Ena od hipotez je, da je multiverse lahko posledica inflacije. Predpostavka pravi, da obstaja neko zelo zelo veliko vesolje, ki občasno ustvari bolj kompaktna vesolja. Poleg tega nobena oblika komunikacije med temi vesolji ni mogoča. Markus Wu iz PBS Nova pojasnjuje:
"V zgodnjih 80-ih so fiziki prišli do zaključka, da ima lahko inflacija naravo neskončnosti, saj se ustavi le v nekaterih predelih vesolja in ustvari neke vrste zaprte" žepe ". Vendar se med temi "žepi" inflacija nadaljuje in teče hitreje od svetlobne hitrosti. Po drugi strani pa izolirani drug od drugega "žepi" sčasoma postanejo Vesolja."
Carroll je najbolj navdušen nad tem modelom, čeprav se njegov lastni model nekoliko razlikuje od zgoraj opisanega:
"To je le ena različica teorije multiverse, toda glavna razlika je v tem, da ima lahko" matično vesolje "visoko stopnjo entropije in ustvari vesolja z nizko stopnjo entropije," pravi Carroll.
Po tem modelu je pred Velikim pokom obstajal nekakšen velik širijoč se prostor, iz katerega se je rodilo naše in neskončno število drugih vesolj. Druga vesolja presegajo našo zmožnost, da bi jih zaznali in bi lahko nastala tako pred našim kot tudi po njem.
Treba je opozoriti, da je trenutno to eden izmed najbolj priljubljenih modelov. Kljub temu pa ga znanstveniki seveda dojemajo drugače. Nekateri to idejo podpirajo, drugi pa se z njo popolnoma ne strinjajo. Če pa za primer vzamemo Petra Voighta z univerze Columbia, potem lahko teorija Multiverse, čeprav je s poljudnoznanstvenega vidika videti zelo privlačna, lahko fizike leni in jih ustavi pri iskanju odgovorov na najosnovnejša vprašanja, na primer, zakaj so fizične konstante v našem vesolju? natanko takšni kot so - odpis vse spremenljivosti.
"Teoretiki špekulirajo o možnosti neskončnega števila vesolj in sčasoma lahko najdemo jasne modele, ki lahko pojasnijo, zakaj se lahko vrednosti (kot so temeljne lastnosti delcev, ki jih opazujemo) med seboj razlikujejo v vsakem posameznem vesolju," pravi Voight …
Voight se boji, da bo nekoč glavno vprašanje za znanost na tem področju razmišljanje na temo »kako srečni smo, da smo v tem naključnem vesolju, kjer se vse dogaja tako, in ne drugače, kljub neskončni raznolikosti možnosti, zato opustimo ta podvig s teorijami.
Kaj lahko povzamemo? Številni fiziki so plačani za prepiranje in pisanje knjig, v katerih poskušajo opisati, kako lahko Veliki pok in model "predeksplozivnega" vesolja razložita to, kar vidimo danes, čeprav sami ne vedo in v resnici ne morejo vedeti. zakaj je tako Dejstvo je, da čeprav obstajajo resne poenostavitve tako v matematičnih modelih kot v razlagah, se nismo približali pravilnemu odgovoru in na to temo imamo še veliko razlogov, dokler ne pridemo do želenega rezultata.
»Pomembno je, da ne le postavljamo teorije in hipoteze. Veliko bolj pomembno je, da ljudje razumejo, da v resnici sami še ne razumemo, o čem govorimo. Vse to je le na ravni predpostavk, upam pa, da bomo slej ko prej uspeli najti pravi odgovor, ki bo ustrezal vsem, «pravi Carroll.
NIKOLAY KHIZHNYAK