általános

Milyen volt a mi univerzumunk a nagy robbantás előtt?

A teoretikusoknak és a kozmológusoknak kutatást kell végezniükválaszok a legalapvetőbb kérdésekre: „Miért vagyunk itt?”, „Mikor jelent meg az univerzum?” és „Hogyan történt ez?” Azonban annak ellenére, hogy nyilvánvaló fontosságú a válaszok megtalálása ezekre a kérdésekre, van egy kérdés, amely mindannyian elárasztja érdeklődésüket: „Mi volt a nagy robbanás előtt?

Legyünk őszinték: erre a kérdésre nem tudunk válaszolni. Senki sem tudja. De senki sem tiltja, hogy spekuláljon ezzel a témával, és fontolja meg számos érdekes feltételezést? Egyetértek ezzel például Sean Carroll a Kaliforniai Technológiai Intézetből. A múlt hónapban Carroll vett részt az amerikai csillagászati ​​közösség kétévenkénti ülésén, ahol számos „robbanás előtti” forgatókönyvet javasolt, amelyek „akkordja” lehet világegyetemünk megjelenése. Ez ismét csak egy vita, nem elmélet, ezért kérjük, tartsa ezt szem előtt.

"Abban az időben, úgy mondjuk, a fizika törvényei, amelyekről tudjuk, még nem voltak hatályban, mert" akkoriban "még nem léteztek" - mondja Carroll.

„Amikor a fizikusok azt mondják, fogalmam sincs, miakkor történt, és komolyan mondják. A történelemnek ez a szakaszai teljesen sötétekben vannak ”- ért egyet Peter Voight, a Columbia Egyetem elméleti fizikusa.

Világegyetemünk egyik legfurcsabb tulajdonságaaz, hogy nagyon alacsony az entrópiája. Ennek a kifejezésnek sok értelmezése van, de ebben az esetben a rendellenesség fokáról van szó. És az univerzum esetében több rend van benne, mint rendellenesség. Képzeljen el egy homokkal töltött bombát. A bomba felrobban, és a benne lévő milliárd milliárd szemcsés homok szétszóródik - előtted lényegében a Nagyrobbanás modellje.

Csak ezek a várható kaotikus terjeszkedés helyetta világegyetem kérdését képviselő homok szemcsék azonnal sok olyan „homokváralmá” alakulnak, amelyeket megmagyarázhatatlanul és külső segítség nélkül alakítottak ki ”- mondja Stefan Countryman, a Columbia University egyetemi hallgatója.

A nagy robbanás eredménye (és valószínűlegkell) a tömeg magas szintű entrópiájának megjelenése egyenetlenül eloszlatott anyag formájában. Ehelyett azonban csillagrendszereket, galaxiseket és teljes galaktikus klasztereket látunk összekapcsolva. Látjuk a rendet.

Ezenkívül fontos megérteni ezt az entrópiát, vagyrendellenesség, az idő múlásával ezek csak növekedhetnek - ugyanaz a homokvárat előbb-utóbb és külső segítség nélkül sok homok szemcséjébe bomlik. Sőt, amint azt Carroll rámutat, az idő megfigyelése közvetlenül összefügg az entrópia szintjével az univerzum megjelenése óta. Ugyanakkor maga az entrópia is egyfajta időfüggő fizikai tulajdonságnak tekinthető, amelynek csak egy haladási iránya van - a jövőbe.

Tehát az entrópia a fizikai törvények szerint képescsak növekszik, de jelenlegi szintje az univerzumban nagyon alacsony. Carroll szerint ez csak egy dolgot jelenthet: a korai világegyetemnek még alacsonyabb szintje volt, azaz a világegyetemnek még jobban szervezettnek és rendezettnek kellett volna lennie. És ez viszont arra utalhat, hogy mi történt a világegyetemünkkel, még mielőtt maga a Nagyrobbanás történt.

„Sokan gondolkodnak ilyen koránAz univerzum nagyon egyszerű, érdektelen és kifejezés nélküli rendszer volt. Amint azonban az entrópiát összekapcsolják ezzel a kérdéssel, a perspektíva azonnal megváltozik, és megérti, hogy ebben az esetben olyan dolgok jelennek meg, amelyeket meg kell magyarázni ”- folytatja Carroll.

Még ha el is tesszük az entrópiát, akkor azelőttmaradunk más, ugyanolyan fontos szempontok mellett, amelyeket valahogy hozzá kell igazítani ahhoz a jelenlegi világegyetemhez, amelyben élünk. Sőt, egyes esetekben az entrópia alacsony szintje kevésbé tűnik szignifikánsnak, mint másokban. Ezért megpróbáljuk megfontolni a három legnépszerűbb feltételezést arról, hogy mi történhet az Univerzummal a Nagyrobbanás előtt.

A nagy ugrálós modell

Az egyik hipotézis szerint alacsonyvilágegyetemünk entrópiája annak a ténynek köszönhető, hogy megjelenése önmagában egy „korábbi” világegyetem összeomlásának eredménye volt. Ez a hipotézis azt mondja, hogy univerzumunk gyors összenyomódás („visszapattanás”) eredményeként alakulhat ki, amelyet a kvantum gravitáció (szingularitás) komplex hatásai vezérlhetnek, ami viszont a Nagyrobbanást generálta. Ez viszont azt jelzi, hogy ugyanolyan jól élhetünk a feltörekvő univerzumok végtelen sorozatában, és fordítva, az univerzum „első iterációjában”.

Az univerzum megjelenésének ez a hipotetikus modelljenéha "Big Bounce" modellnek hívják. E kifejezés első említése a 60-as években hangzik, azonban ez a modell csak a 80-as években - a 90-es évek elején vált többé-kevésbé kialakult hipotézisré.

A kevésbé jelentős ellentmondásos kérdések között a modellA Big Bounce nyilvánvaló hiányosságai vannak. Például, a szingularitás összeomlásának gondolata ellentmond Einstein általános relativitáselméletének - a gravitáció működésének szabályainak. A fizikusok úgy vélik, hogy a szingularitás hatása létezhet a fekete lyukakon belül, ám az általunk ismert fizikai törvények nem biztosíthatnak nekünk olyan mechanizmust, amely megmagyarázza, hogy miért a „másik univerzum”, amely elérte a szingularitást, okozhatja a nagy robbanást.

"Az általános relativitáselméletben semmi nem utalna arra, hogy az új univerzumban a szingularitás eredményeként" visszapattanást "jelez" - mondja Sean Carroll.

Ez azonban nem az egyetlen nagy vitatott kérdés. A helyzet az, hogy a „nagy visszatérés” modell egyenes vonalú időbeli folyamat jelenlétét vonja maga után, csökkenő entrópiával, azonban, amint fentebb említettük, az entrópia az idővel csak növekszik. Más szavakkal, a számunkra ismert fizikai törvények szerint lehetetlen a pattogó univerzum megjelenése.

A modell továbbfejlesztése vezetetthipotézisek szerint az univerzumban az idő ciklikus lehet. Ugyanakkor a modell még mindig nem tudja megmagyarázni, hogy az Univerzum folyamatos terjeszkedése hogyan kerül helyettesítésre annak tömörítésével. És ez még nem feltétlenül jelenti azt, hogy a Big Bounce modell teljesen rossz. Lehetséges, hogy jelenlegi elméleteink egyszerűen hiányosak és nem teljesen átgondolva. Végül a fizikai törvényeket, melyeket most már bevezetünk, levonjuk a határértékből, amely szerint megfigyelhetjük az univerzumot.

Az "alvó" univerzum modellje

"Talán a nagy robbanás előtt az univerzumez egyfajta nagyon kompakt, lassan fejlődő statikus tér volt ”- fogalmaznak olyan tudósok, mint Kurt Hinterbichler, Austin Joyce és Justin Hury.

Ennek a "robbanásveszélyes" univerzumnak kellett volna lenniemetastabil állapot, azaz stabil, amíg egy még stabilabb állapot meg nem jelenik. Analógia útján képzeljünk el egy szakaszt, amelynek szélén egy szikla rezgés állapotban van. A szikla bármilyen megérintése miatt a mélységbe esik, vagy - ami közelebb van esetünkhöz - a Nagyrobbanás következik be. Egyes elméletek szerint az „robbanásveszélyes” világegyetem más formában létezhet, például egy sík és nagyon sűrű tér formájában. Ennek eredményeként ez az átalakítható időszak véget ért: drámai módon kibővült, és megszerezte a jelenlegi formáját és állapotát.

"Az univerzum alvó modelljének ugyanakkor vannak saját problémái is" - mondja Carroll.

"Azt is sugallja, hogy alacsony entrópia létezik az univerzumban, és nem magyarázza meg, miért van ez így."

Hinterbichler, a Case Western Reserve University elméleti fizikusa azonban nem tartja problémának az alacsony entrópia szint megjelenését.

„Csak a dinamika magyarázatát keressük,ami a nagy robbanás előtt történt, megmagyarázza, miért látjuk azt, amit most látunk. Eddig csak ez maradt nekünk ”- mondja Hinterbichler.

Carroll azonban úgy véli, hogy van egy másik elmélet a „robbanás előtti” világegyetemről, amely megmagyarázza univerzumunk alacsony entrópiájának szintjét.

Multiverse modell

Új univerzumok megjelenése a "szülő univerzumban"

A hipotetikus multiversz modell elkerüliaz entrópia csökkenésével járó mulasztások, mint például a Big Bounce modell esetében, magyarázatot adnak a mai alacsony szintre - mondja Carroll. Az "infláció" - az univerzum jól elfogadott, de hiányos modellje - gondolatából származik. Az "infláció" kifejezést és ennek a modellnek az első magyarázatát 1981-ben Alan Gut fizikus javasolta, aki jelenleg a Massachusetts Technológiai Intézetében dolgozik. E modell szerint a Nagyrobbanás utáni tér drámaian kibővült. Olyan hirtelen, hogy ennek a tágulásnak a sebessége meghaladta a fény sebességét. A kvantummechanika szerint az energia véletlenszerű, alig észrevehető rezgései folyamatosan fordulnak elő az űrben. Az inflációs időszak valamely pontján ezen ingadozások csúcsai elérték a maximális értéket, és galaxisok, üregek és nagy léptékű alacsony entrópiájú struktúrák megjelenését okozták, amelyeket ma megfigyelünk az Univerzumban.

Maga az inflációs modell a következők alapján került kifejlesztésre:a kozmikus relikviás mikrohullámú sugárzás megfigyelései - a legősibb sugárzási típus, amely csak néhány százezer évvel a Nagyrobbanás után jelent meg. A tudósok úgy vélik, hogy az inflációs modell tökéletesen megjósolja létezését.

Az egyik feltevés szerint a multiverseinfláció következménye lehet. A feltevés szerint egy nagyon-nagyon nagy Univerzum létezik, amely időről időre kompaktabb univerzumokat generál. Sőt, ezen univerzumok között semmiféle kommunikáció nem lehetséges. Marcus Wu, a PBS Nova, elmagyarázza:

„A 80-as évek elején a fizikusok arra a következtetésre jutottak, hogyaz infláció a végtelenség természetével bír, csak a világ bizonyos részein állhat le, és zárt "zsebeket" hoz létre. Ezen "zsebek" között azonban folytatódik az infláció, és gyorsabb, mint a fénysebesség. Az egymástól elkülönített „zsebek” viszont idővel univerzumokká válnak. ”

Carrollt leginkább lenyűgözi ez a modell, bár saját javasolt modellje kissé különbözik a fent leírttól:

"Ez csak az egyik változata aa többváltozós, azonban a fő különbség az, hogy a „szülő univerzum” magas entrópiájú lehet, és alacsony szintű univerzumokat generálhat ”- mondja Carroll.

E modell szerint a Nagyrobbanás előtt voltnéhány nagy kiterjedésű tér, ahonnan a végtelen sok más univerzum született. Más univerzumok túllépik azon képességünket, hogy észleljük őket, és kialakulhattak volna mind az univerzum előtt, mind után.

Meg kell jegyezni, hogy jelenleg ez aza legnépszerűbb modellek közül. Ennek ellenére a tudósok természetesen másképp érzékelik. Egyesek támogatják ezt az elképzelést, mások éppen ellenkezőleg, teljesen nem értenek egyet ezzel. Ha viszont példaként említjük a Columbia Egyetemen lévő Peter Voight-ot, a Multiverse-elmélet, bár népszerű tudományos szempontból nagyon vonzónak tűnik, a fizikusokat lustasá teheti, és arra késztetheti őket, hogy ne keressék a válaszokat a legalapvetőbb kérdésekre, például miért jelentenek fizikai állandók az univerzumunkban pontosan úgy, ahogy vannak - mindent a változékonyságra írva.

„A teoretikusok spekulálnak a lehetőségrőlvégtelen számú univerzum létezése, és végül olyan világos modellekkel állhatunk elő, amelyek megmagyarázhatják, hogy az értékek (mint például a megfigyelt részecskék alapvető tulajdonságai) különböznek egymástól minden egyes univerzumban ”- mondja Voight.

Voight attól tart, hogy egyszer lesz a fő kérdésAz ezen a területen folyó tudomány a „Mennyire szerencsések vagyunk abban a véletlenszerű univerzumban, ahol minden így történik, és nem különbözõen, a végtelen sokféle lehetõség ellenére, megbeszélés lesz a téma, tehát hagyjuk el ezt az elméletet az elméletekkel”.

Mit lehet összefoglalni? Sok fizikus pénzt kap azért, mert vitatkoznak és könyveket írnak, amelyekben megpróbálják leírni, hogy a Big Bang és az „robbanás előtti” univerzum modellje meg tudja magyarázni azt, amit ma látunk, bár ők maguk sem tudják, és valójában nem is tudják miért van ez így? A helyzet az, hogy a matematikai modellek és a magyarázatok komoly egyszerűsítései ellenére még nem értünk el a helyes választ, és még sok vitát kell folytatnunk erről a témáról, amíg el nem érjük a kívánt eredményt.

„Fontos nem csak az elméletek és hipotézisek előterjesztése. Sokkal fontosabb az emberek számára világossá tenni, hogy a valóságban mi még mindig nem értjük, miről beszélünk. Mindez csak a feltételezések szintjén van, de remélem, hogy előbb vagy utóbb megtaláljuk a megfelelő választ, amely mindenkinek megfelelni fog ”- mondja Carroll.