Az elméleti fizikusoknak és a kozmológusoknak választ kell keresniük a legalapvetőbb kérdésekre: "Miért vagyunk itt?", "Mikor jelent meg az Univerzum?" és "Hogyan történt ez?" Annak ellenére, hogy nyilvánvalóan fontos megtalálni a válaszokat ezekre a kérdésekre, van egy kérdés, amely mindannyiukat érdeklődésével beárnyékolja: "Mi történt az ősrobbanás előtt?"
Legyünk őszinték: erre a kérdésre nem tudunk választ adni. Senki sem tud. De végül is senki nem tiltja meg a spekulációt ebben a témában és több érdekes feltételezést figyelembe véve? Ezzel egyetért például Sean Carroll, a Kaliforniai Műszaki Intézet. A múlt hónapban Carroll kétévente részt vett az Amerikai Csillagászati Társaság ülésén, ahol több "robbanás előtti" forgatókönyvet javasolt, amelyek "végső akkordja" lehet univerzumunk megjelenése. Ez megint csak spekuláció, nem elmélet, ezért kérjük, tartsa ezt szem előtt.
"Abban az időben, hogy úgy mondjam, a fizika törvényei, amelyekről tudjuk, még nem voltak érvényben, mert" akkor "még nem léteztek" - mondja Carroll.
„Amikor a fizikusok azt mondják, hogy fogalmuk sincs arról, hogy akkor mi történt, akkor azt komolyan mondják. A történelem ezen szegmense abszolút áthatolhatatlan sötétségben van”- értekezik egyet Peter Voight, a Columbia Egyetem elméleti fizikusa.
Univerzumunk egyik legfurcsább tulajdonsága, hogy nagyon alacsony az entrópiája. Ezt a kifejezést sokféleképpen értelmezhetjük, de ebben az esetben a rendellenesség mértékéről beszélünk. Az Univerzum esetében pedig több rend van benne, mint rendetlenség. Képzeljen el egy bombát, tele homokkal. A bomba felrobban, és a benne lévő milliárd homokszemek milliárdjai különböző irányokba szétszóródnak - valójában előtted van az ősrobbanás mintája.
"De a várható kaotikus szétszórás helyett ezek a homokszemek, amelyek a világegyetem anyagát képviselik, azonnal sok kész" homokvárakká "válnak, amelyek tisztázatlanul alakulnak ki, hogyan és külső segítség nélkül" - mondja Stephen Countryman, a Columbia Egyetem végzős hallgatója.
Az ősrobbanás eredménye (és talán kellett volna) egy magas szintű tömeges entrópia megjelenése, egyenetlenül eloszló anyag formájában. Ehelyett azonban csillagrendszereket, galaxisokat és teljes galaxishalmazokat látunk összekapcsolva. Látjuk a rendet.
Ezenkívül fontos megérteni, hogy az entrópia vagy rendellenesség idővel csak fokozódhat - ugyanaz a homokvár előbb-utóbb, külső segítség nélkül, ismét sok homokszemre bomlik. Sőt, amint Carroll rámutat, időmegfigyelésünk közvetlenül kapcsolódik a világegyetem kezdete óta mért entrópia szintjéhez. Ugyanakkor maga az entrópia egyfajta időfüggő fizikai tulajdonságnak tekinthető, amelynek egyetlen mozgásiránya van - a jövő felé.
Promóciós videó:
Tehát az entrópia a fizika törvényei szerint csak növekedhet, de jelenlegi szintje az Univerzumban nagyon alacsony. Carroll szerint ez csak egyet jelenthet: a korai Világegyetemnek még alacsonyabb szintje volt, vagyis az Univerzumot még szervezettebbnek és rendezettebbnek kellett volna lennie. Ez pedig felvetheti azt az elképzelést, hogy mi történt az Univerzumunkkal valójában az Nagy Bumm előtt.
„Sokan úgy gondolják, hogy a korai világegyetem nagyon egyszerű, érdektelen és kifejezéstelen rendszer volt. Amint azonban az entrópiát ehhez a kérdéshez köti, a perspektíva azonnal megváltozik, és rájön, hogy ebben az esetben vannak dolgok, amelyeket meg kell magyarázni”- folytatja Carroll.
Még ha félretennénk az entrópiát, akkor más, ugyanolyan fontos szempontjaink is lesznek, amelyeket valamilyen módon hozzá kell igazítani a jelenlegi Világegyetemünkhöz, amelyben élünk. Sőt, egyes esetekben az alacsony entrópiaszint kevésbé tűnik jelentősnek, mint másokban. Ezért megpróbáljuk megvizsgálni a három legnépszerűbb feltételezést arról, hogy mi történhetett az Univerzummal az Nagy Bumm előtt.
A nagy visszapattanás modell
Az egyik hipotézis szerint Univerzumunk alacsony szintű entrópiája annak köszönhető, hogy maga megjelenése valamilyen "előző" Univerzum felbomlásának eredménye volt. Ez a hipotézis azt mondja, hogy univerzumunk kialakulhatott egy gyors összenyomás ("visszapattanás") eredményeként, amelyet a kvantum gravitáció (szingularitás) komplex hatásai vezéreltek, ami viszont az ősrobbanást eredményezte. Ez viszont azt jelezheti, hogy egyenlő sikerrel élhetünk a feltörekvő univerzumok végtelen sorozatának bármely pontján, és fordítva, az univerzum „első iterációjában”.
Az Univerzum megjelenésének ezt a hipotetikus modelljét néha "Nagy visszapattanás" modellnek nevezik. Ennek a kifejezésnek az első említése még a 60-as években hangzik, de ez a modell többé-kevésbé kialakult hipotézissé vált csak a 80-as években - a 90-es évek elején.
A kevésbé jelentős vitatott pontok között a Big Bounce modellnek is vannak egyértelmű hibái. Például a szingularitássá válás gondolata ellentmond Einstein általános relativitáselméletének - a gravitáció működési szabályainak. A fizikusok úgy vélik, hogy a szingularitás effektus létezhet a fekete lyukak belsejében, de az általunk ismert fizikai törvények nem nyújtanak számunkra olyan mechanizmust, amely megmagyarázná, miért kellene egy „egy másik univerzumnak” elérnie az ősrobbanást, miután elértük a szingularitást.
"Az általános relativitáselméletben semmi nem utal az új világegyetem" visszapattanására "egy szingularitás eredményeként" - mondja Sean Carroll.
Ez azonban nem az egyetlen nagy vitatott pont. Az a tény, hogy a Big Bounce modell egyenes vonalú időfutás jelenlétét jelenti csökkenő entrópiával, azonban, mint fent említettük, az entrópia csak idővel növekszik. Más szavakkal, az általunk ismert fizikai törvények szerint a pattogó univerzum megjelenése lehetetlen.
A modell továbbfejlesztése egy olyan hipotézis kialakulásához vezetett, miszerint az Univerzumban az idő ciklikus lehet. De ugyanakkor a modell még mindig nem tudja megmagyarázni, hogy az Univerzum jelenlegi tágulását hogyan helyettesíti annak összehúzódása. Ez azonban nem feltétlenül jelenti azt, hogy a Big Bounce modell teljesen téved. Lehetséges, hogy a róla szóló jelenlegi elméleteink egyszerűen tökéletlenek és nincsenek teljesen átgondolva. Végül is a mostani fizikai törvények abból a határból származtak, amely szerint képesek vagyunk megfigyelni az univerzumot.
Az alvó univerzum modellje
"Talán az Nagy Bumm előtt az univerzum nagyon kompakt, lassan fejlődő statikus tér volt" - állítják olyan fizikusok, mint Kurt Hinterbichler, Austin Joyce és Justin Khoury.
Ennek a "robbanás előtti" univerzumnak metastabil állapotban kellett lennie, vagyis stabilnak kell lennie, amíg egy még stabilabb állapot meg nem jelenik. Analógia szerint képzeljünk el egy sziklát, amelynek szélén egy szikla rezgési állapotban van. A sziklával való bármilyen érintkezés oda vezet, hogy a szakadékba zuhan, vagy - ami esetünkhöz közelebb - egy Nagy Bummhoz. Egyes elméletek szerint a "robbanás előtti" univerzum más formában is létezhet, például lapított és nagyon sűrű tér formájában. Ennek eredményeként ez a metastabil időszak véget ért: drámai módon kibővült, és megszerezte annak alakját és állapotát, amit most látunk.
"Az alvó univerzum modelljének azonban vannak problémái is" - mondja Carroll.
"Azt is feltételezi, hogy Univerzumunk alacsony szintű entrópiával rendelkezik, és nem magyarázza meg, miért van ez így."
Hinterbichler, a Case Western Reserve University elméleti fizikusa azonban nem látja problémának az alacsony entrópia megjelenését.
„Csak magyarázatot keresünk az ősrobbanás előtti dinamikára, amely elmagyarázza, miért látjuk azt, amit most látunk. Eddig csak ez maradt számunkra”- mondja Hinterbichler.
Carroll azonban úgy véli, hogy létezik egy "robbanás előtti" univerzumnak egy másik elmélete, amely megmagyarázhatja az univerzumunkban talált alacsony szintű entrópiát.
A Multiverzum modell
Új univerzumok megjelenése a "szülő univerzumból"
A hipotetikus multiverzum modell elkerüli a Big Bounce modell entrópiáját csökkentő visszahúzódását, és magyarázatot ad ma alacsony szintjére - mondja Carroll. Az "infláció" gondolatából ered - a világegyetem jól elfogadott, de nem teljes modelljéből. Az "infláció" kifejezést és ennek a modellnek az első magyarázatát Alan Guth fizikus javasolta 1981-ben, jelenleg a Massachusettsi Műszaki Intézetben. E modell szerint az Ősrobbanás utáni tér drámai módon kibővült. Olyan drámai módon, hogy ennek a terjeszkedésnek a sebessége nagyobb volt, mint a fénysebesség. A kvantummechanika szerint az energia véletlenszerű, finom ingadozása folyamatosan bekövetkezik az űrben. Az inflációs időszak bizonyos pontjain ezeknek az ingadozásoknak a csúcsa elérte a maximumát, és galaxisok megjelenését okozta,üregek és nagy léptékű alacsony entrópiás struktúrák, amelyeket ma megfigyelünk az Univerzumban.
Magát az inflációs modellt a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás megfigyelései alapján dolgozták ki - ez a legrégebbi sugárzási típus, amely csak néhány százezer évvel jelent meg az ősrobbanás után. A tudósok úgy vélik, hogy az inflációs modell tökéletesen megjósolja a létét.
Az egyik hipotézis szerint a multiverzum az infláció eredménye lehet. A feltételezés szerint egy nagyon-nagyon nagy univerzum létezik, amely időről időre kompaktabb univerzumokat eredményez. Ezenkívül a világegyetemek közötti kommunikáció semmilyen formában nem lehetséges. Markus Wu, a PBS Nova munkatársa elmagyarázza:
„A 80-as évek elején a fizikusok arra a következtetésre jutottak, hogy az inflációnak végtelen jellege lehet, csak a tér egyes régióiban állhat meg, és valamiféle zárt„ zsebeket”hozhat létre. E "zsebek" között azonban az infláció folytatódik, és gyorsabban áramlik, mint a fénysebesség. Viszont az egymástól elszigetelt "zsebek" végül Univerzumokká válnak ".
Carroll-t ez a modell lenyűgözi, bár saját ajánlott modellje némileg eltér a fent leírtaktól:
"Ez csak a multiverzum elmélet egyik változata, de a fő különbség itt az, hogy a" szülő univerzum "magas szintű entrópiával rendelkezhet, és az univerzumokat alacsony szintű entrópiával hozza létre" - mondja Carroll.
E modell szerint az Ősrobbanás előtt volt egyfajta nagy kiterjedésű tér, ahonnan a mi és végtelen sok más univerzum született. Más univerzumok meghaladják azon képességünket, hogy felismerjük őket, és kialakulhattak mind az univerzumunk előtt, mind utána.
Meg kell jegyezni, hogy jelenleg ez az egyik legnépszerűbb modell. Ennek ellenére a tudósok természetesen másként érzékelik. Egyesek támogatják ezt az elképzelést, mások éppen ellenkezőleg, teljesen nem értenek egyet vele. De ha példának vesszük Peter Voight-ot a Columbia Egyetemről, a Multiverzum elmélete, bár népszerű tudományi szempontból nagyon vonzónak tűnik, lustává teheti a fizikusokat, és arra késztetheti őket, hogy ne keressenek választ a legalapvetőbb kérdésekre, például miért vannak fizikai állandók az Univerzumunkban? pontosan olyanok, amilyenek - leírva a változékonyságot.
"Az elméleti szakemberek végtelen számú univerzum lehetőségéről spekulálnak, és végül világos modellekkel állhatunk elő, amelyek megmagyarázhatják, hogy az értékek (például a megfigyelt részecskék alapvető tulajdonságai) miért különbözhetnek egymástól az egyes univerzumokban" - mondja Voight …
Voight attól tart, hogy egy napon a tudomány számára ezen a területen a fő kérdés az lesz az okfejtés, hogy „milyen szerencsések vagyunk, hogy ebben a véletlenszerű univerzumban vagyunk, ahol minden így történik, és nem másképp, a lehetőségek végtelen sokfélesége ellenére, ezért hagyjuk fel ezt a vállalkozást elméletekkel.
Mit lehet összefoglalni? Sok fizikus fizet azért, mert vitatkozik és olyan könyveket ír, amelyekben megpróbálják leírni, hogy az Ősrobbanás és a "robbanás előtti" univerzum modellje hogyan magyarázhatja el azt, amit ma látunk, bár ők maguk sem tudják és nem is tudják. miért van ez így. Tény, hogy annak ellenére, hogy mind a matematikai modellekben, mind a magyarázatokban komoly egyszerűsítések vannak, mégsem jutottunk közel a helyes válaszhoz, és még mindig sok okunk van ebben a témában, amíg el nem érjük a kívánt eredményt.
„Fontos nemcsak elméletek és hipotézisek felvetése. Sokkal fontosabb világossá tenni az emberek számára, hogy valójában mi magunk még nem értjük, miről beszélünk. Mindez csak feltételezések szintjén áll, de remélem, hogy előbb-utóbb sikerül megtalálni a mindenkinek megfelelő választ.”- mondja Carroll.
NIKOLAY KHIZHNYAK