Dokler obstaja človeštvo, toliko in poskuša razumeti zgradbo vesolja. Ja, mnogi pravijo, da je to "neuporabna frka", v resnici ne vemo ničesar in se v prihodnjih generacijah in morda celo pred koncem človeške civilizacije ne bomo ničesar naučili. No, mogoče imajo prav, ampak ugibamo …
Teorija velikega poka je postala skoraj tako splošno sprejet kozmološki model kot vrtenje Zemlje okoli Sonca. Po teoriji je pred približno 14 milijardami let spontana nihanja v absolutni praznini vodila do nastanka vesolja. Nekaj v velikosti subatomskega delca se je v delčku sekunde razširilo do nepredstavljivih velikosti. Toda v tej teoriji je veliko težav, s katerimi se fiziki borijo in postavljajo vedno več novih hipotez.
Kaj je torej narobe s teorijo velikega poka?
Kaj je narobe s teorijo velikega poka
1. IZ TEORIJE sledi, da so bili vsi planeti in zvezde nastali iz prahu, razpršenega po vesolju zaradi eksplozije. Toda kaj je bilo pred tem, ni jasno: tukaj naš matematični model prostora-časa preneha delovati. Vesolje je nastalo iz začetnega edinstvenega stanja, v katerem sodobne fizike ni mogoče uporabiti. Teorija prav tako ne upošteva vzrokov za singularnost ali snovi in energije za njen pojav. Verjame se, da bo odgovor na vprašanje obstoja in izvora začetne singularnosti dala teorija kvantne gravitacije.
Promocijski video:
2. NAJBOLJ KOZMOLOŠKI MODELI PREDVIDIJO, da je celotno vesolje veliko večje od opaznega dela - sferičnega območja s premerom približno 90 milijard svetlobnih let. Vidimo le tisti del vesolja, svetloba iz katerega je uspela doseči Zemljo v 13,8 milijarde let. Toda teleskopi se izboljšujejo, zaznavamo vedno bolj oddaljene predmete in za zdaj ni razloga, da bi verjeli, da se bo ta proces ustavil.
3. OD TRENUTKA VELIKE EKSPLOZIJE SE UNIVERZA ŠIRI S POSPEŠEVANJEM. Najtežja skrivnost sodobne fizike je vprašanje, kaj povzroča pospeševanje. V skladu z delujočo hipotezo vesolje vsebuje nevidno komponento, imenovano "temna energija". Teorija velikega poka ne pojasnjuje, ali se bo vesolje širilo v nedogled in če se bo, kam bo vodilo - do njegovega izginotja ali česa drugega.
4. ŠE V NEWTONOVI MEHANIKI, KI JIH NADOMESTI RELATIVISTIČNA FIZIKA, je ni mogoče imenovati za zmotno. Vendar pa so se dojemanje sveta in modeli opisovanja vesolja popolnoma spremenili. Teorija velikega poka je napovedala številne stvari, ki prej niso bile znane. Če bi namesto tega prišla druga teorija, bi morala biti podobna in razširiti razumevanje sveta.
Osredotočili se bomo na najbolj zanimive teorije, ki opisujejo alternativne modele Big Bang.
Vesolje je kot fatamorgana črne luknje
Vesolje je nastalo zaradi kolapsa zvezde v štiridimenzionalnem vesolju, pravijo znanstveniki z Inštituta za teoretično fiziko Perimeter. Rezultati njihovih raziskav so bili objavljeni v časopisu Scientific American. Nyayesh Afshordi, Robert Mann in Razi Purhasan pravijo, da je naše tridimenzionalno vesolje postalo nekakšna "holografska fatamorgana", ko se je zrušila štiridimenzionalna zvezda. V nasprotju s teorijo velikega poka, po kateri je vesolje nastalo iz izredno vročega in gostega prostora-časa, kjer standardni fizikalni zakoni ne veljajo, nova hipoteza o štiridimenzionalnem vesolju pojasnjuje razloge za njegov nastanek in njegovo hitro širjenje
Po scenariju, ki so ga oblikovali Afshordi in njegovi kolegi, je naše tridimenzionalno vesolje nekakšna membrana, ki plava skozi še bolj obsežno vesolje, ki že obstaja v štirih dimenzijah. Če bi bile v tem štiridimenzionalnem prostoru njihove štiridimenzionalne zvezde, bi tudi one eksplodirale, tako kot tridimenzionalne v našem vesolju. Notranja plast bi postala črna luknja, zunanja plast pa bi bila vržena v vesolje.
V našem vesolju so črne luknje obkrožene s kroglo, imenovano obzorje dogodkov. In če je v tridimenzionalnem prostoru ta meja dvodimenzionalna (kot membrana), bo v štiridimenzionalnem vesolju obzorje dogodkov omejeno s kroglo, ki obstaja v treh dimenzijah. Računalniške simulacije propada štiridimenzionalne zvezde so pokazale, da se bo njeno tridimenzionalno obzorje dogodkov postopoma širilo. To opažamo in astrofiziki verjamejo, da rast 3D membrane imenujejo širitev vesolja.
Velika zamrznitev
Alternativa Velikemu poku bi lahko bil Big Freeze. Skupina fizikov z Univerze v Melbournu, ki jo je vodil James Kvatch, je predstavila model rojstva vesolja, ki je bolj podoben postopnemu postopku zamrzovanja amorfne energije kot njenemu brizganju in širjenju v treh smereh vesolja.
Po mnenju znanstvenikov je brezoblična energija, tako kot voda, ohlajena do kristalizacije, kar ustvarja običajne tri prostorske in časovne dimenzije.
Teorija velikega zamrzovanja dvomi v trenutno sprejeto izjavo Alberta Einsteina o kontinuiteti in gladkosti prostora in časa. Možno je, da ima prostor sestavne dele - nedeljive gradnike, kot so drobni atomi ali slikovne pike v računalniški grafiki. Ti bloki so tako majhni, da jih ni mogoče opazovati, vendar je po novi teoriji mogoče odkriti napake, ki bi lomile pretok drugih delcev. Znanstveniki so takšne učinke izračunali z uporabo matematičnega aparata, zdaj pa jih bodo poskušali eksperimentalno zaznati.
Vesolje brez začetka ali konca
Ahmed Farag Ali z univerze Benha v Egiptu in Sauria Das z univerze Lethbridge v Kanadi sta z opustitvijo velikega poka predlagala novo rešitev problema singularnosti. V Friedmanovo enačbo, ki opisuje širitev vesolja in Veliki pok, so predstavili ideje slavnega fizika Davida Bohma. "Neverjetno je, da lahko majhni predlogi sprememb rešijo toliko vprašanj," pravi Das.
Nastali model je združil splošno relativnost in kvantno teorijo. Ne samo da zanika singularnost, ki je bila pred velikim pokom, ampak tudi ne dovoljuje, da bi se vesolje sčasoma skrčilo v prvotno stanje. Glede na pridobljene podatke ima vesolje končno velikost in neskončno življenjsko dobo. V fizičnem smislu model opisuje vesolje, napolnjeno s hipotetično kvantno tekočino, ki je sestavljena iz gravitonov - delcev, ki zagotavljajo gravitacijsko interakcijo.
Znanstveniki trdijo tudi, da so njihove ugotovitve skladne z najnovejšimi meritvami gostote vesolja.
Neskončna kaotična inflacija
Izraz "inflacija" se nanaša na hitro širjenje vesolja, ki se je eksponentno zgodilo v prvih trenutkih po velikem poku. Teorija inflacije sama po sebi ne zavrača teorije velikega poka, temveč jo le drugače razlaga. Ta teorija rešuje več temeljnih problemov v fiziki.
Po inflacijskem modelu se je vesolje kmalu po nastanku zelo kratko eksponentno razširilo: njegova velikost se je večkrat podvojila. Znanstveniki verjamejo, da se je vesolje v 10 do -36 stopinjah sekund povečalo za vsaj 10 do 30-50 stopinj in morda tudi več. Na koncu inflacijske faze je bilo vesolje napolnjeno s super vročo plazmo prostih kvarkov, gluonov, leptonov in visokoenergijskih kvantov.
Koncept pomeni, da je na svetu veliko osamljenih vesolj z različnimi napravami.
Fiziki so prišli do zaključka, da logika inflacijskega modela ne nasprotuje ideji nenehnega večkratnega rojstva novih vesolj. Kvantna nihanja - enaka tistim, ki so povzročila naš svet - se lahko pojavijo v vseh količinah, če so pogoji ustrezni. Povsem mogoče je, da je naše vesolje nastalo iz nihajočega območja, ki je nastalo v svetu predhodnikov. Lahko tudi domnevamo, da bo nekoč in nekje v našem vesolju nastalo nihanje, ki bo "odpihnilo" mlado vesolje povsem drugačne vrste. V tem modelu lahko otroška vesolja neprestano brstijo. Poleg tega sploh ni nujno, da se v novih svetovih vzpostavijo enaki fizikalni zakoni. Koncept pomeni, da je na svetu veliko osamljenih vesolj z različnimi napravami.
Ciklična teorija
Paul Steinhardt, eden od fizikov, ki je postavil temelje inflacijske kozmologije, se je odločil to teorijo še naprej razvijati. Znanstvenik, ki je vodja Centra za teoretično fiziko v Princetonu, je skupaj z Neilom Turokom iz Inštituta za teoretično fiziko Perimeter predstavil alternativno teorijo v knjigi Endless Universe: Beyond the Big Bang. Njihov model temelji na posploševanju kvantne teorije super nizov, znane kot M-teorija. Po njenem mnenju ima fizični svet 11 dimenzij - deset prostorskih in eno časovno. Vanj "plavajo" prostori nižjih dimenzij, tako imenovane brane (okrajšava za "membrana"). Naše vesolje je samo ena taka brana.
Model Steinhardt in Turok trdi, da je do Velikega poka prišlo zaradi trka naše brane z drugo brano - neznanim vesoljem. V tem primeru se trčenja dogajajo neskončno. Po hipotezi Steinhardta in Turoka poleg naše brane "plava" še ena tridimenzionalna brana, ločena z majhno razdaljo. Prav tako se razširi, izravna in izprazni, vendar se bodo po bilijonu let brane začele konvergirati in sčasoma trčiti. To bo sprostilo ogromno energije, delcev in sevanja. Ta kataklizma bo sprožila nov cikel širitve in hlajenja vesolja. Iz modela Steinhardt in Turok izhaja, da so bili ti cikli v preteklosti in se bodo zagotovo ponovili v prihodnosti. Kako so se ti cikli začeli, teorija molči.
Vesolje je kot računalnik
Druga hipoteza o zgradbi vesolja pravi, da ves naš svet ni nič drugega kot matrica ali računalniški program. Zamisel, da je vesolje digitalni računalnik, je v svoji knjigi Izračunavanje prostora uvedel nemški inženir in pionir računalništva Konrad Zuse. Med tistimi, ki so na vesolje gledali tudi kot na velikanski računalnik, sta tudi fizika Stephen Wolfram in Gerard 't Hooft.
Teoretiki digitalne fizike domnevajo, da je vesolje v bistvu informacija in zato preračunljivo. Iz teh predpostavk izhaja, da je vesolje mogoče gledati kot rezultat računalniškega programa ali digitalne računalniške naprave. Ta računalnik je lahko na primer velikanski celični avtomat ali univerzalni Turingov stroj.
Načelo negotovosti v kvantni mehaniki imenujemo posredni dokaz navidezne narave vesolja.
Po teoriji vsak predmet in dogodek fizičnega sveta izhaja iz postavljanja vprašanj in beleženja odgovorov z "da" ali "ne". Se pravi, za vsem, kar nas obdaja, se skriva določena koda, podobna binarni kodi računalniškega programa. In smo nekakšen vmesnik, prek katerega se pojavi dostop do podatkov "univerzalnega interneta". Načelu negotovosti v kvantni mehaniki rečemo posredni dokaz navidezne narave vesolja: delci snovi lahko obstajajo v nestabilni obliki in so v določenem stanju "pritrjeni" le ob njihovem opazovanju.
Privrženec digitalne fizike John Archibald Wheeler je zapisal: »Ne bi bilo nerazumno predstavljati si, da so informacije tako v jedru fizike kot v jedru računalnika. Vse od malega. Z drugimi besedami, vse, kar obstaja - vsak delec, vsako polje sile, celo vesoljsko-časovni kontinuum - dobi svojo funkcijo, svoj pomen in navsezadnje tudi svoj obstoj."
Tekstopisec Artyom Luchko