A vákuumingadozások virtuális proto-univerzumok kialakulását okozhatják, amelyek bizonyos körülmények között képesek virtuális állapotból valódi állapotba lépni.
A fizikusok évek óta próbálnak felépíteni a gravitáció kvantumelméletét - eddig sajnos sikertelenül. Szinte mindannyian egyetértenek abban, hogy egy ilyen elméletnek ötvöznie kell Einstein relativista gravitációs elméletét a kvantummechanikával, és ez egy nagyon-nagyon nehéz feladat.
A kvantummechanika, minden paradoxonjával, mindazonáltal leírja azoknak a tárgyaknak a tulajdonságait, amelyek a görbe newtoni térben léteznek. A jövőbeli gravitációs elméletnek ki kell terjesztenie a valószínűségi kvantummechanikai törvényeket magának a térnek (pontosabban a téridőnek) a tulajdonságaira, amelyeket az általános relativitáselmélet egyenleteivel összhangban deformáltak. Hogyan kell ezt megtenni szigorú matematikai számítások segítségével, még senki sem tudja.
Hideg születés
Az ilyen unió kialakításának módjai mindazonáltal kvalitatív szinten átgondolhatók, és itt nagyon érdekes kilátások jelennek meg. Az egyiket a híres kozmológus, az arizonai egyetem professzora, Lawrence Krauss tartotta nemrégiben megjelent könyvében: "A Universe from Semmely" ("Universe from Semmely"). Hipotézise fantasztikusnak tűnik, de semmiképpen sem ellentmond a megállapított fizikai törvényeknek.
Úgy gondolják, hogy világegyetemünk egy nagyon forró kezdeti állapotból származik, amelynek hőmérséklete 1032 kelvin volt. Elképzelhető azonban az univerzumok hideg születése tiszta vákuumból - pontosabban annak kvantumingadozásaiból. Köztudott, hogy az ilyen ingadozások nagyon sok virtuális részecskét generálnak, amelyek szó szerint a semmiből fakadnak ki, és nyomon következés nélkül eltűnnek. Krauss szerint a vákuumingadozások elvileg ugyanolyan ideiglenes proto-univerzumokat eredményezhetnek, amelyek bizonyos feltételek mellett virtuális állapotból valósá válnak.
Promóciós videó:
Univerzum energia nélkül
Mi szükséges ehhez? Az első és fő feltétel az, hogy a jövő világegyetem embriójának teljes energiája nulla legyen. Ebben az esetben nemcsak szinte azonnali eltűnésre van ítélve, hanem ellenkezőleg, önkényesen hosszú ideig is létezhet. Ennek oka az a tény, hogy a kvantummechanika szerint az objektum energiájának bizonytalanságának szorzata az élettartamának bizonytalansága miatt nem lehet kisebb, mint a végső érték - Planck állandó.
Az alapvető kölcsönhatások szétválasztása a korai világegyetemben egy fázisátmenet jellege volt. Nagyon magas hőmérsékleten alapvető kölcsönhatásokat kombináltak, de a kritikus hőmérséklet alatti lehűléskor a szétválasztás nem történt (ez összehasonlítható a víz túlhűtésével). Abban a pillanatban az egyesüléshez kapcsolódó skaláris mező energiája meghaladta az Univerzum hőmérsékletét, amely negatív nyomással bírt a mezőre, és kozmológiai inflációt okozott. Az univerzum nagyon gyorsan elkezdte terjeszkedni, és a szimmetria törés pillanatában (kb. 1028 K hőmérsékleten) méretei 1050-szeresére növekedtek. Ebben a pillanatban a kölcsönhatások egyesülésével kapcsolatos skaláris mező szintén eltűnt, és energiáját az Univerzum további kiterjesztésévé alakították át.
Amint egy tárgy energiája szigorúan nulla, a bizonytalanságok nélkül ismert, és ezért élettartama végtelenül hosszú lehet. Ennek a hatásnak köszönhető, hogy két nagyon nagy távolságban lévő töltött test vonzódik egymáshoz vagy meghúzza őket. Interakcióba lépnek a virtuális fotonok cseréjén keresztül, amelyek nulla tömegük miatt bármely távolságon eloszlanak. Éppen ellenkezőleg, a nagy tömegük miatt gyenge interakciókat hordozó, szélsőséges kölcsönhatásokkal rendelkező boszonok csak körülbelül 10-25 másodpercig léteznek, amelynek eredményeként ezeknek az interakcióknak nagyon kis sugara van.
Milyen univerzum, bár embrionális, nulla energiával? Ahogyan Krauss professzor elmagyarázta a Popular Mechanics-nek, ebben nincs semmi misztikus: „Egy ilyen univerzum energiája a részecskék és a sugárzás (és esetleg a skaláris vákuummezők) pozitív energiájából és a negatív potenciális gravitációs energiából áll. Összegük egyenlő lehet nullával - a matematika ezt lehetővé teszi. Nagyon fontos azonban, hogy ilyen energiamérleg csak zárt világokban lehetséges, amelyek térbeli pozitív görbülete van. A lapos és még nyitottabb univerzumok nem rendelkeznek ilyen tulajdonsággal”.
A fázisátmenet az univerzum evolúciójában háromszor zajlott: 10 ° C és 28 ° C közötti hőmérsékleten (az interakciók nagy egyesülése szétesett), 10-15 ° K-ig (az elektromágneses kölcsönhatás elbomlása) és 10-ről 12 ° C-ra (a kvarkok elkezdenek egyesülni hadronokká).
Az infláció csodái
Mi történik, ha a vákuum kvantumingadozása egy nulla energiájú virtuális univerzumot eredményez, amely a kvantum esélye miatt némi időt kapott az élethez és az evolúcióhoz? Összetételétől függ. Ha az univerzum tere anyaggal és sugárzással tele van, akkor először kibővül, eléri a maximális méretét, és gravitációs összeomláskor összeomlik, csupán egy másodperc apró részében létezett. Más kérdés, hogy vannak-e skaláris mezők az űrben, amelyek kiválthatják az inflációs expanzió folyamatát. Vannak forgatókönyvek, amelyekben ez a terjeszkedés nemcsak megakadályozza a „buborék” világegyetem gravitációs összeomlását, hanem szinte lapos és korlátlan világgá is változtatja. Így életének ideje is mérhetetlenül növekszik - szinte a végtelenig. Így,egy apró virtuális világegyetem meglehetősen valósággá válik - hatalmas és hosszú életű. Még akkor is, ha véges korú, meghaladhatja a világegyetem jelenlegi életkorát. Ezért csillagok és csillagfürtök, bolygók, sőt, mi a pokol nem viccel, az intelligens élet megjelenhet ott. Teljes értékű világegyetem, amely szó szerint a semmiből jött létre - ezek a csodák, amelyekre az infláció képes!
Alexey Levin