Az univerzumnak volt kezdete. De hol kezdődött? Mi lettél az elején? Tudjuk, hogy az egész meglehetősen gyors terjeszkedéssel kezdődött, és nagyszámú, kis részecskékből álló galaxissal ért véget. De mi jött előtte? Melyek voltak a fizika törvényei, amikor minden elkezdődött? James Hartl és Stephen Hawking híres fizikusok több évtizeddel ezelõtt számos választ adtak ezekre a kérdésekre. Egy másik fizikuscsoport új munkája elemezte Hawking és Hartle népszerű értelmezését az Ősrobbanás geometriájáról, és némi bajba került. Ezek az eredmények rávilágítottak a világegyetem kezdetének problémájára. Egy új akadály, amelyet a jövő összes elméletének le kell küzdenie.
"Kipróbáltunk egy szigorúbb számítást, és más megoldást találtunk ki" - mondja Job Feldbrügge, a Perimeter Intézet rezidens végzős hallgatója. "Az általunk használt elmélet új megvilágításba helyezi a meglévő elméletet, és azt mutatja, hogy lehet, hogy nem úgy működik, ahogy vártuk."
A tudósok általában úgy próbálják megérteni az univerzum kezdetét, hogy megnézik Einstein gravitációs törvényeit, az úgynevezett általános relativitáselméleteket, és hátrafelé játszanak. Végül is el akarnak jutni oda, hogy az univerzum nagyon kicsi volt. De a legérdekesebb kérdések arra vonatkoznak, hogy nézett ki a fiatal univerzum, elég kicsi volt-e ahhoz, hogy betartsa a legkisebb részecskéket, atomokat és fotonokat irányító kvantummechanika törvényeit.
Többféle módon lehet elindítani egy olyan univerzumot, mint a miénk. Talán, gondolta Hawking és Hartle, ez a sűrített univerzum csak egy pont a térben egy speciális kvantumállapot, az úgynevezett hullámfüggvény segítségével, amely mindezt leírja a kvantummechanika nyelvén. Aztán eljött az idő. A filozófiának és a vallásnak sokat kell beszélnie erről a témáról, de a matematikusoknak csak toll és papír kell. Ez a pontszerű univerzum az általános relativitáselmélet matematikájából fejlődött ki, a szerkezetbe beépítve a kvantummechanika eredeti tulajdonságait. Így ezeknek az apró, véletlenszerű ingadozásoknak az űrben a gyors terjeszkedés - az infláció - során nagymértékű sűrűségbeli különbségekké kellett válniuk, amelyeket a modern Univerzumban megfigyelünk, galaxisokkal és üregekkel. Hawking és Hartle elmélete az egyik univerzum kezdetének egyik módja volt, hogy szingularitás, nulla térfogatú pont és végtelen tömeg nélkül jelezzék sok értelmét. Más elképzelések, például Alexander Vilenkin által javasoltak, nem jelentik ezt a kezdeti szingularitást.
Az arXiv preprint szerveren nemrégiben megjelent új cikk problémát jelent. Hawking, Hartles és Vilenkin matematikai számításai szerint az új csapat nem kapta meg a mai világegyetem megalkotásához szükséges apró kvantumingadozásokat. Ehelyett ezek az ingadozások óriásiak, és a miénktől teljesen eltérő univerzumot hoznak létre.
"Az általunk elvégzett számítások erős gravitációs hullámokhoz vezetnek az Nagy Bumm után" - mondja Feldbrugge - hatalmas ingadozások a téridő alakjában. - Ez nem vezethet olyan univerzumhoz, mint ma. A számítások ellentmondanak annak, amit látunk."
Hartl nem különösebben aggódik a Feldbrugge csapatának eredményei miatt. "A kozmológiában még mindig túl kevés adat áll rendelkezésünkre ahhoz képest, ami lehetett volna" - mondja. "Tehát mindent megteszünk, hogy támogassuk azt az elméletet, amely a legjobban megfelel a megfigyeléseinknek." Úgy látja, hogy az új mű egy újabb kísérlet a játék megfordítására azáltal, hogy több információt és más matematikai utat kínál, amelyet a tudósok követhetnek. "A kutatóknak joguk van eldönteni, hogy ezt az ötletet követik-e."
Csapata nemrégiben egy másik cikket is közzétett, amely saját matematikáját tekintette át, és bemutatta, miért működik továbbra is elmélete.
Promóciós videó:
Úgy tűnik, Feldbrugge és csapata matematikája azt mutatja, hogy az univerzum sima megjelenése minden szingularitás nélkül "nem opció". Matematikájuk közvetlenül vitatja Hartle-t és Hawkingot.
A kvantummechanika és az általános relativitáselmélet összekapcsolása az univerzum kezdetének megmagyarázásával nem új és közel sem megoldott. Valójában ez az egyik fő probléma, amelyet az elméleti fizikusok megpróbálnak megoldani, tekintettel annak fontosságára, hogy megértsük az univerzum eredetét, amikor mindkét törvénykészletet azonos skálán alkalmazzák, és fontosságát azoknak a fekete lyukaknak, amelyekben a gravitáció olyan erős, hogy a fény nem hagyhatja el.
De ami a legfontosabb, Feldbrugge nem hiszi, hogy egy olyan univerzum, amely a kvantummechanika és a relativitáselmélet törvényeivel kezdődik, apró ingadozásokat idézhet elő, amelyek egy olyan univerzumhoz vezetnek, mint a miénk - szerinte valaminek lennie kell. "Nem világos, hogy melyik megoldás lesz a végső megoldás" - mondja.
A fizikusok véleménye ebben a kérdésben nagyon eltérő. Paul Steinhardt, a Princetoni Egyetem fizika professzora szerint már léteznek alternatív módszerek az új munkahelyen jelentkező problémák elkerülésére, valamint a Hawking-Hartle modellre vonatkozó egyéb panaszok. Ez az úgynevezett korlátlan modell némi matematikai megoldást igényel egy olyan univerzum létrehozásához, mint a miénk.
„Mi az alternatíva? Pattanás szingularitás nélkül”- mondja egy modellre hivatkozva, amelyet a Princeton-i elméleti kozmológus Anna Anna fejlesztett ki. E modell szerint az univerzum összeomlik, majd kibontakozik saját univerzumunkba, jóval azelőtt, hogy az ember elkezdene gondolkodni a kvantummechanika hatásain.
Sabine Hossenfelder, a Frankfurti Haladó Tanulmányok Intézetének tudományos munkatársa nem biztos az új eredményekben. - Csak arra a következtetésre juthatok, hogy a munka megírása előtt nem tudtuk, hogyan kezdődött az univerzum. És ezt a mű megjelenése után nem tudtuk”. Az elméleti szakemberek komolyan veszik a matematikát, és ezeket a számításokat idővel és térrel már jóval azelőtt elvégezték, hogy a távcsövek megerősítenék őket. Az egyetlen módja annak, hogy biztosan megtudja, mi történik, a kísérletezés.
Ma ezeknek az elméleteknek a többségét megerősíthetik vagy cáfolhatják a ránk érkező legrégebbi fény, a kozmikus mikrohullámú háttér megfigyelései. A tudósok remélik, hogy az elméleteikből származó információk segítenek elkülöníteni a fontos aláírásokat ezektől az adatoktól.
Ellenőrizhető Feldbrugge és csapata munkája? Még csak most kezdenek. Nyilvánvalóan hosszú időbe telik az ellenőrzése. A tudósoknak végső soron létre kell hozniuk egy univerzumot, amely hasonlít a miénkre. De ennek a folyamatnak a részleteit még nem határozták meg.
KHEL ILYA