Teoretickí fyzici a kozmológovia musia hľadať odpovede na najzásadnejšie otázky: „Prečo sme tu?“, „Kedy sa objavil vesmír?“a „Ako sa to stalo?“Napriek zjavnej dôležitosti hľadania odpovedí na tieto otázky však existuje otázka, ktorá všetkých zatieňuje ich záujmom: „Čo sa stalo pred Veľkým treskom?“
Povedzme si pravdu: na túto otázku nemôžeme odpovedať. Nikto nemôže. Ale koniec koncov, nikto nezakazuje špekulovať na túto tému a zvažovať niekoľko zaujímavých predpokladov? S tým súhlasí napríklad Sean Carroll z Kalifornského technologického inštitútu. Carroll sa minulý mesiac zúčastnil na polročnom stretnutí Americkej astronomickej spoločnosti, kde navrhol niekoľko „predexplozívnych“scenárov, ktorých „konečným akordom“by mohol byť vznik nášho vesmíru. Opäť ide iba o špekulácie, nie teóriu, takže to prosím berte do úvahy.
„V tom čase takpovediac fyzikálne zákony, o ktorých vieme, ešte neboli v platnosti, pretože„ vtedy “ešte neexistovali,“hovorí Carrollová.
"Keď fyzici tvrdia, že vôbec netušia, čo sa stalo, hovorí to so všetkou vážnosťou." Tento segment histórie je v absolútne nepreniknuteľnej tme, “súhlasí Peter Voight, teoretický fyzik z Kolumbijskej univerzity.
Jednou z najpodivnejších vlastností nášho vesmíru je, že má veľmi nízku úroveň entropie. Tento pojem má veľa interpretácií, ale v tomto prípade hovoríme o stupni poruchy. A v prípade vesmíru v ňom vládne viac poriadku ako neporiadok. Predstavte si bombu naplnenú pieskom. Bomba exploduje a miliardy miliárd zrniek piesku v nej obsiahnutých sa rozptýlia rôznymi smermi - v skutočnosti je pred vami model Veľkého tresku.
„Iba namiesto očakávaného chaotického rozptylu sa tieto zrnká piesku, predstavujúce hmotu nášho vesmíru, okamžite premenia na veľa hotových„ pieskových hradov “, ktoré vznikli nejasne, ako a bez vonkajšej pomoci,“- hovorí Stephen Countryman, postgraduálny študent na Kolumbijskej univerzite.
Výsledkom Veľkého tresku mohol (a možno aj mal byť) vznik vysokej úrovne hromadnej entropie v podobe nerovnomerne rozloženej hmoty. Namiesto toho však vidíme vzájomne prepojené hviezdne systémy, galaxie a celé zhluky galaxií. Vidíme poriadok.
Okrem toho je dôležité pochopiť, že entropia alebo neporiadok sa môže časom len zväčšovať - ten istý hrad z piesku sa skôr či neskôr a bez vonkajšej pomoci opäť rozpadne na veľa zrniek piesku. Navyše, ako zdôrazňuje Carroll, naše pozorovanie času priamo súvisí s úrovňou entropie od počiatku vesmíru. Samotnú entropiu možno zároveň považovať za akúsi časovo závislú fyzickú vlastnosť s iba jedným smerom pohybu - do budúcnosti.
Propagačné video:
Takže entropia sa podľa fyzikálnych zákonov môže iba zvyšovať, ale jej súčasná úroveň vo vesmíre je veľmi nízka. Podľa Carrolla to môže znamenať iba jednu vec: raný Vesmír mal jeho ešte nižšiu úroveň, to znamená, že Vesmír mal byť ešte viac organizovaný a usporiadaný. A to zase môže viesť k myšlienke, čo sa v skutočnosti stalo s našim Vesmírom pred Veľkým treskom.
"Existuje veľa ľudí, ktorí veria, že raný vesmír bol veľmi jednoduchý, nezaujímavý a bezvýrazný systém." Akonáhle však k tejto otázke pripojíte entropiu, perspektíva sa okamžite zmení a uvedomíte si, že v tomto prípade treba vysvetliť niektoré veci, “pokračuje Carroll.
Aj keď necháme bokom entropiu, budeme mať ďalšie rovnako dôležité aspekty, ktoré je potrebné nejako prispôsobiť nášmu súčasnému vesmíru, v ktorom žijeme. Navyše, v niektorých prípadoch sa nízka úroveň entropie javí ako menej významná ako v iných. Preto sa pokúsime zvážiť tri najpopulárnejšie predpoklady o tom, čo sa mohlo stať s Vesmírom pred Veľkým treskom.
Veľký odrazový model
Podľa jednej z hypotéz je nízka úroveň entropie nášho vesmíru spôsobená tým, že jeho samotný vzhľad bol výsledkom rozpadu nejakého „predchádzajúceho“vesmíru. Táto hypotéza hovorí, že náš vesmír sa mohol vytvoriť v dôsledku rýchlej kompresie („odrazu“) vyvolanej komplexnými účinkami kvantovej gravitácie (singularity), ktorá následne spôsobila Veľký tresk. To zase môže naznačovať, že môžeme žiť s rovnakým úspechom tak v ktoromkoľvek bode nekonečného sledu vznikajúcich Vesmírov, a naopak, v „prvej iterácii“vesmíru.
Tento hypotetický model vzhľadu vesmíru sa niekedy nazýva model „Veľkého odrazu“. Prvá zmienka o tomto pojme znie ešte v 60. rokoch, ale tento model sa zmenil na viac či menej formovanú hypotézu až v 80. - začiatkom 90. rokov.
Medzi menej významnými kontroverznými bodmi má model Big Bounce aj zjavné chyby. Napríklad myšlienka zrútenia sa do singularity je v rozpore s Einsteinovou všeobecnou teóriou relativity - pravidlami, podľa ktorých gravitácia funguje. Fyzici veria, že efekt singularity môže existovať vo vnútri čiernych dier, ale fyzikálne zákony, ktoré poznáme, nám nemôžu poskytnúť mechanizmus na vysvetlenie toho, prečo by „iný vesmír“po dosiahnutí singularity mal viesť k Veľkému tresku.
„Všeobecne platí, že neexistuje nič, čo by naznačovalo„ odraz “nového vesmíru v dôsledku jedinečnosti,“- hovorí Sean Carroll.
Nie je to však jediný veľký kontroverzný bod. Faktom je, že model Big Bounce implikuje prítomnosť priamočiareho priebehu času so znižujúcou sa entropiou, avšak ako bolo uvedené vyššie, entropia s časom iba rastie. Inými slovami, podľa zákonov fyziky, ktoré poznáme, je vzhľad skákacieho vesmíru nemožný.
Ďalší vývoj modelu viedol k vzniku hypotézy, že čas vo vesmíre môže byť cyklický. Ale zároveň model stále nedokáže vysvetliť, ako bude súčasná expanzia vesmíru nahradená jeho kontrakciou. To však nevyhnutne neznamená, že vzor veľkého odrazu je úplne nesprávny. Je možné, že naše súčasné teórie o tom sú jednoducho nedokonalé a nie sú úplne premyslené. Napokon, zákony fyziky, ktoré teraz máme, boli odvodené z limitu, podľa ktorého sme schopní pozorovať vesmír.
Model spiaceho vesmíru
"Možno pred Veľkým treskom bol vesmír veľmi kompaktný a pomaly sa vyvíjajúci statický priestor," teoretizujú fyzici ako Kurt Hinterbichler, Austin Joyce a Justin Khoury.
Tento „predvýbušný“vesmír musel mať metastabilný stav, to znamená byť stabilný, kým sa neobjavil ešte stabilnejší stav. Analogicky si predstavte útes, na okraji ktorého je balvan v stave vibrácií. Akýkoľvek kontakt s balvanom povedie k tomu, že spadne do priepasti alebo - čo je bližšie k nášmu prípadu - Veľkého tresku. Podľa niektorých teórií by mohol „predvýbušný“vesmír existovať v inej podobe, napríklad vo forme splošteného a veľmi hustého priestoru. Vo výsledku sa toto metastabilné obdobie skončilo: dramaticky sa rozšírilo a získalo podobu a stav toho, čo vidíme teraz.
„Model spiaceho vesmíru má však aj svoje problémy,“hovorí Carroll.
„Tiež predpokladá, že náš Vesmír má nízku úroveň entropie a nevysvetľuje, prečo je to tak.“
Hinterbichler, teoretický fyzik z Case Western Reserve University, však nevidí vznik nízkej entropie ako problém.
"Len hľadáme vysvetlenie dynamiky, ktorá sa odohrala pred Veľkým treskom, čo vysvetľuje, prečo vidíme to, čo vidíme teraz." Zatiaľ je to len jediné, čo nám zostáva,”hovorí Hinterbichler.
Carroll sa však domnieva, že existuje iná teória „predexplozívneho“vesmíru, ktorá môže vysvetliť nízku úroveň entropie, ktorá v našom vesmíre existuje.
Multiverzálny model
Vznik nových vesmírov z „materského vesmíru“
Hypotetický model multiverza sa vyhýba entropii znižujúcej entropiu modelu Big Bounce a poskytuje vysvetlenie jeho dnešnej nízkej úrovne, hovorí Carroll. Vychádza z predstavy „inflácie“- dobre prijatého, ale neúplného modelu vesmíru. Pojem „inflácia“a prvé vysvetlenie tohto modelu navrhol v roku 1981 fyzik Alan Guth, ktorý v súčasnosti pôsobí na Massachusetts Institute of Technology. Podľa tohto modelu sa priestor po Veľkom tresku dramaticky rozšíril. Tak dramaticky, že rýchlosť tejto expanzie bola vyššia ako rýchlosť svetla. Podľa kvantovej mechaniky sa vo vesmíre neustále vyskytujú náhodné, jemné výkyvy energie. V určitom okamihu inflačného obdobia vrcholy týchto fluktuácií dosiahli maximum a spôsobili výskyt galaxií,prázdne miesta a rozsiahle štruktúry s nízkou entropiou, ktoré dnes pozorujeme vo vesmíre.
Samotný inflačný model bol vyvinutý na základe pozorovaní kozmického mikrovlnného žiarenia pozadia - najstaršieho typu žiarenia, ktoré sa objavilo iba niekoľko stotisíc rokov po Veľkom tresku. Vedci sa domnievajú, že inflačný model dokonale predpovedá jeho existenciu.
Jednou z hypotéz je, že multivesmír môže byť výsledkom inflácie. Tento predpoklad hovorí, že existuje jeden veľmi, veľmi veľký vesmír, ktorý z času na čas spôsobí vznik kompaktnejších vesmírov. Navyše nie je možná žiadna forma komunikácie medzi týmito vesmírmi. Markus Wu z PBS Nova vysvetľuje:
"Na začiatku 80. rokov fyzici dospeli k záveru, že inflácia môže mať povahu nekonečna, ktorá sa zastaví iba v niektorých oblastiach vesmíru a vytvorí určitý druh uzavretých" vreciek ". Medzi týmito „vreckami“však pokračuje inflácia, ktorá prúdi rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Na druhej strane izolované od seba „vrecká“sa nakoniec stanú vesmírmi. “
Carrolla tento model najviac zaujal, hoci jeho vlastný navrhovaný model sa do istej miery líši od toho, čo je popísané vyššie:
"Toto je iba jedna verzia teórie multiverza, ale hlavný rozdiel je v tom, že" materský vesmír "môže mať vysokú úroveň entropie a rodí vesmíry s nízkou úrovňou entropie," hovorí Carroll.
Podľa tohto modelu pred Veľkým treskom existoval akýsi veľký rozpínajúci sa priestor, z ktorého sa zrodil náš a nekonečné množstvo ďalších vesmírov. Iné vesmíry sú mimo našu schopnosť detekovať ich a mohli sa sformovať pred aj po našom vesmíre.
Je potrebné poznamenať, že v súčasnosti ide o jeden z najpopulárnejších modelov. Vedci to napriek tomu, samozrejme, vnímajú inak. Niektorí túto myšlienku podporujú, iní s ňou, naopak, úplne nesúhlasia. Ak si však ako príklad vezmeme Petera Voighta z Kolumbijskej univerzity, potom teória Multiverse, aj keď z pohľadu populárnej vedy vyzerá veľmi atraktívne, dokáže fyzikov zlenivieť a prestať hľadať odpovede na najzákladnejšie otázky, napríklad prečo sú fyzikálne konštanty v našom vesmíre? presne také, aké sú - odpisovanie všetkej variability.
„Teoretici špekulujú o možnosti nekonečného množstva vesmírov a nakoniec môžeme prísť s jasnými modelmi, ktoré by vysvetlili, prečo sa hodnoty (ako základné vlastnosti častíc, ktoré pozorujeme) môžu navzájom líšiť v každom jednotlivom vesmíre,“hovorí Voight …
Voight sa obáva, že jedného dňa bude hlavnou otázkou pre vedu v tejto oblasti zdôvodnenie na tému „aké šťastie máme v tomto náhodnom vesmíre, kde sa všetko deje týmto spôsobom, a nie inak, a to aj napriek nekonečnej rozmanitosti možností, vzdajme sa preto tejto teórie „.
Čo sa dá zhrnúť? Mnoho fyzikov dostáva peniaze za hádky a písanie kníh, v ktorých sa snažia opísať, ako Veľký tresk a model „predvýbušného“vesmíru dokážu vysvetliť to, čo vidíme dnes, hoci oni sami to nevedia a nemôžu vedieť. preco je to tak. Faktom je, že aj keď v matematických modeloch aj vo vysvetleniach existujú vážne zjednodušenia, nepriblížili sme sa k správnej odpovedi a stále máme k tejto téme veľa dôvodov, kým dospejeme k požadovanému výsledku.
"Je dôležité nielen predkladať teórie a hypotézy." Je oveľa dôležitejšie objasniť ľuďom, že v skutočnosti my sami ešte nerozumieme, o čom hovoríme. To všetko je iba na úrovni predpokladov, ale dúfam, že sa nám skôr či neskôr podarí nájsť správnu odpoveď, ktorá bude vyhovovať všetkým, “hovorí Carroll.
NIKOLAY KHIZHNYAK