Vesmír mal začiatok. Ale kde sa to začalo? Čím si sa stal na začiatku? Vieme, že to všetko začalo pomerne rýchlou expanziou a skončilo to objavením sa veľkého množstva galaxií z malých častíc. Čo však prišlo pred tým? Aké boli zákony fyziky, keď sa to všetko začalo? Slávni fyzici James Hartl a Stephen Hawking ponúkli pred niekoľkými desaťročiami niekoľko odpovedí na tieto otázky. Nové dielo inej skupiny fyzikov analyzovalo populárnu interpretáciu geometrie veľkého tresku Hawkinga a Hartla a narazilo na problémy. Tieto výsledky vrhajú svetlo na problém začiatku vesmíru. Nová prekážka, ktorú budú musieť prekonať všetky teórie budúcnosti.
„Pokúsili sme sa vykonať prísnejší výpočet a dostali sme iné riešenie,“hovorí Job Feldbrügge, rezidentný postgraduálny študent na Perimetrickom inštitúte. „Teória, ktorú používame, vrhá nové svetlo na existujúcu teóriu a ukazuje, že nemusí fungovať tak, ako sme očakávali.“
Vedci sa zvyčajne snažia pochopiť začiatok vesmíru tak, že sa pozrú na Einsteinove zákony gravitácie, ktoré sa nazývajú všeobecná relativita, a hrajú ich dozadu. Nakoniec sa chcú dostať do bodu, keď bol vesmír veľmi malý. Najzaujímavejšie otázky však vyvstávajú o tom, ako vyzeral mladý vesmír, či bol dostatočne malý na to, aby vyhovoval zákonom kvantovej mechaniky, ktorá riadi najmenšie častice, atómy a fotóny.
Existuje niekoľko spôsobov, ako založiť vesmír, ako je ten náš. Možno si Hawking a Hartle mysleli, že tento zhustený vesmír bol iba jedným bodom vo vesmíre so špeciálnym kvantovým stavom, takzvanou vlnovou funkciou, ktorá to všetko popisuje v jazyku kvantovej mechaniky. Potom prišiel čas. Filozofia a náboženstvo musia o tejto téme veľa hovoriť, ale matematikom stačí pero a papier. Tento bodový vesmír sa vyvinul z matematiky všeobecnej relativity s pôvodnými vlastnosťami kvantovej mechaniky zabudovanými do jeho štruktúry. Tieto nepatrné náhodné výkyvy energie vo vesmíre by sa preto mali v priebehu rýchlej expanzie - inflácie - zmeniť na veľké rozdiely hustoty, ktoré pozorujeme v modernom vesmíre, s galaxiami a prázdnymi priestormi. Teória Hawkinga a Hartleho bola jedným z niekoľkých spôsobov, ako označiť začiatok vesmíru bez singularity, bodu nulového objemu a nekonečnej hmotnosti, ktorý nedával veľký zmysel. Ostatné myšlienky, napríklad také, aké navrhol Alexander Vilenkin, nenaznačovali túto počiatočnú jedinečnosť.
Nový článok, ktorý sa nedávno objavil na predtlačovom serveri arXiv, predstavuje problém. Pri výpočtoch matematiky Hawkinga, Hartlesa a Vilenkina nový tím nezískal malé kvantové výkyvy potrebné na vytvorenie dnešného vesmíru. Namiesto toho sú tieto fluktuácie gigantické a vytvárajú vesmír úplne odlišný od nášho.
„Výpočty, ktoré sme vykonali, vedú k silným gravitačným vlnám po Veľkom tresku,“hovorí Feldbrugge - obrovské výkyvy v tvare samotného časopriestoru. "Nemohlo by to viesť k vesmíru, aký je dnes." Výpočty sú v rozpore s tým, čo vidíme. ““
Hartl sa zvlášť neobáva výsledkov tímu Feldbrugge. „V kozmológii máme stále príliš málo údajov v porovnaní s tým, čo to mohlo byť,“hovorí. „Robíme preto maximum pre to, aby sme podporili teóriu, ktorá najlepšie vyhovuje našim pozorovaniam.“Nové dielo považuje za ďalší pokus o zvrat v hre, ktorý ponúka viac informácií a inú matematickú cestu, po ktorej môžu vedci kráčať. „Vedci majú právo zvoliť si, či sa budú usilovať o túto alebo inú myšlienku.“
Jeho tím tiež nedávno zverejnil ďalší dokument, ktorý revidoval jeho vlastnú matematiku a demonštroval, prečo jeho teória stále funguje.
Propagačné video:
Zdá sa však, že matematika Feldbruggeho a jeho tímu ukazuje, že hladký vzhľad vesmíru bez akejkoľvek singularity „nie je možnosťou“. Ich matematika priamo spochybňuje Hartleho a Hawkinga.
Prepojenie kvantovej mechaniky a všeobecnej teórie relativity s vysvetlením začiatku vesmíru nie je ani nové, ani takmer vyriešené. Toto je v skutočnosti jeden z hlavných problémov, ktoré sa teoretickí fyzici snažia vyriešiť, vzhľadom na jeho dôležitosť pre pochopenie pôvodu vesmíru, keď sa obidve sady zákonov uplatňujú v rovnakom meradle, a dôležitosť pre čierne diery, v ktorých je gravitácia taká silná, že svetlo nemôže ju opustiť.
Ale čo je najdôležitejšie, Feldbrugge neverí, že vesmír, ktorý začal zákonmi kvantovej mechaniky a relativity, by mohol vytvárať malé výkyvy, ktoré by viedli k vesmíru, ako je ten náš - myslí si, že musí existovať niečo iné. „Nie je jasné, ktoré riešenie bude poslednou možnosťou,“hovorí.
Názory fyzikov na túto otázku sú veľmi odlišné. Paul Steinhardt, profesor fyziky na Princetonskej univerzite, tvrdí, že už existujú alternatívne spôsoby, ako sa vyhnúť problémom v novom zamestnaní, ako aj ďalšie sťažnosti týkajúce sa modelu Hawking-Hartle. Tento takzvaný neobmedzený model vyžaduje určité matematické riešenia, aby sa vytvoril vesmír ako ten náš.
„Aká je alternatíva? Odraz bez jedinečnosti, “hovorí o modeli, ktorý vyvíja s kozmologičkou z Princetonu Annou Idjasovou. Podľa tohto modelu sa vesmír zrúti a potom sa rozvinie do nášho vlastného vesmíru, dávno predtým, ako človek začne uvažovať o účinkoch kvantovej mechaniky.
Sabine Hossenfelder, vedecká pracovníčka z Frankfurtského inštitútu pre pokročilé štúdium, si nie je istá novými výsledkami. "Jediné, čo môžem uzavrieť, je, že predtým, ako bola táto práca napísaná, sme nevedeli, ako vesmír začal." A to sme po zverejnení tejto práce nevedeli “. Teoretici berú matematiku vážne a tieto výpočty robia s časom a priestorom dávno predtým, ako ich potvrdia ďalekohľady. Jediným spôsobom, ako bezpečne zistiť, o čo ide, je experimentovanie.
Dnes je možné väčšinu z týchto teórií potvrdiť alebo vyvrátiť pozorovaním najstaršieho svetla, ktoré k nám zostúpilo, kozmického mikrovlnného pozadia. Vedci dúfajú, že poznatky z ich teórií pomôžu izolovať dôležité podpisy od týchto údajov.
Je možné skontrolovať prácu Feldbruggeho a jeho tímu? Sú ešte len na začiatku. Je zrejmé, že kontrola bude trvať dlho. Vedci musia v konečnom dôsledku vytvoriť vesmír, ktorý sa podobá tomu nášmu. Podrobnosti tohto procesu ale zatiaľ neboli stanovené.
ILYA KHEL