Fluktuacije vakuuma mogu uzrokovati stvaranje virtualnih proto-svemira koji se, pod određenim uvjetima, mogu prebaciti iz virtualnog stanja u stvarno.
Fizičari već dugi niz godina pokušavaju izgraditi kvantnu teoriju gravitacije - do sada, nažalost, bez uspjeha. Gotovo svi se slažu da bi takva teorija trebala kombinirati Einsteinovu relativističku teoriju gravitacije s kvantnom mehanikom, a to je vrlo, vrlo težak zadatak.
Kvantna mehanika, sa svim svojim paradoksima, ipak opisuje svojstva objekata koji postoje u nekrivljenom newtonskom prostoru. Buduća teorija gravitacije trebala bi proširiti vjerojatnost kvantno-mehaničkih zakona na svojstva samog prostora (točnije, prostora-vremena), deformirana u skladu s jednadžbama opće teorije relativnosti. Kako to učiniti strogim matematičkim proračunima, nitko to još ne zna.
Hladno rađanje
Međutim, načine takve zajednice mogu se osmisliti na kvalitativnoj razini i ovdje se pojavljuju vrlo zanimljivi izgledi. Jednu od njih smatrao je poznati kozmolog, profesor sa Sveučilišta u Arizoni Lawrence Krauss u svojoj nedavno objavljenoj knjizi "Univerzum iz ničega" ("Univerzum iz ničega"). Njegova hipoteza izgleda fantastično, ali ni na koji način nije u suprotnosti s ustaljenim zakonima fizike.
Vjeruje se da je naš svemir nastao iz vrlo vrućeg početnog stanja s temperaturom od 1032 kelvina. Međutim, moguće je zamisliti hladno rađanje svemira iz čistog vakuuma - točnije, iz njegovih kvantnih kolebanja. Poznato je da takve fluktuacije generiraju velik broj virtualnih čestica koje su doslovno nastale iz ničega i kasnije nestale bez traga. Prema Kraussu, fluktuacije vakuuma u načelu mogu stvoriti jednako efemerne proto-svemire, koji pod određenim uvjetima prelaze iz virtualnog u stvarno.
Promotivni video:
Svemir bez energije
Što je za to potrebno? Prvi i glavni uvjet je da embrij budućeg svemira mora imati nulu ukupne energije. U ovom slučaju, to ne samo da nije osuđeno na gotovo trenutni nestanak, već, naprotiv, može postojati proizvoljno dugo. To je zbog činjenice da, prema kvantnoj mehanici, proizvod nesigurnosti u energiji objekta od strane nesigurnosti u njegovom vijeku ne bi trebao biti manji od konačne vrijednosti - Planckove konstante.
Razdvajanje temeljnih interakcija u našem ranom svemiru imalo je prirodu faznog prijelaza. Pri vrlo visokim temperaturama, kombinirane su temeljne interakcije, ali nakon hlađenja ispod kritične temperature, odvajanje nije došlo (to se može usporediti s pregrijavanjem vode). U tom je trenutku energija skalarnog polja povezana s objedinjavanjem premašila temperaturu Svemira, što je polje obdarilo negativnim tlakom i izazvalo kozmološku inflaciju. Svemir se počeo vrlo brzo širiti, a u trenutku pucanja simetrije (pri temperaturi od oko 1028 K) njegove su dimenzije porasle za 1050 puta. U ovom je trenutku nestalo i skalarno polje povezano s objedinjavanjem interakcija, a njegova se energija transformirala u daljnje širenje Svemira.
Čim je energija nekog objekta strogo jednaka nuli, to se zna bez ikakve nesigurnosti, pa stoga vrijeme njegova života može biti beskonačno dugo. Zbog toga se dva nabijena tijela koja se nalaze na vrlo velikim udaljenostima privlače ili odbijaju jedno od drugog. Međusobno djeluju razmjenom virtualnih fotona koji se zbog svoje nulte mase šire na bilo koju udaljenost. Suprotno tome, kaligonski vektorski bozoni koji nose slabe interakcije, zbog velike mase, postoje samo oko 10-25 sekundi, kao rezultat toga te interakcije imaju vrlo mali polumjer.
Kakav svemir, iako embrionalni, s nultom energijom? Kao što je profesor Krauss objasnio za Popular Mechanics, u tome nema ništa mistično: „Energija takvog svemira sastoji se od pozitivne energije čestica i zračenja (a možda i skalarnih vakuumskih polja) i negativne potencijalne energije gravitacije. Njihov zbroj može biti jednak nuli - matematika to dopušta. Međutim, vrlo je važno da je takva energetska ravnoteža moguća samo u zatvorenim svjetovima, čiji prostor ima pozitivnu zakrivljenost. Ravni i još otvoreniji svemiri ne posjeduju takvo svojstvo “.
Fazni prijelaz dogodio se u evoluciji Svemira tri puta: pri temperaturi od 10 do 28 stupnjeva K (Veliko sjedinjenje interakcija se raspadalo), 10 do 15 stupnjeva K (raspad interakcije elektro slaba) i 10 do 12 stupnjeva K (kvarkovi su se počeli sjediniti u hadrone).
Čuda inflacije
Što se događa ako kvantne fluktuacije vakuuma rađaju virtualni svemir s nultom energijom, koji je zbog kvantnih šansi dobio neko vrijeme za život i evoluciju? Ovisi o njegovom sastavu. Ako je prostor svemira ispunjen materijom i zračenjem, prvo će se proširiti, dostići svoju najveću veličinu i srušiti se u gravitacijskom kolapsu, postojajući samo maleni djelić sekunde. Druga je stvar postoje li u prostoru skalarna polja koja mogu potaknuti proces širenja inflacije. Postoje scenariji u kojima ovo širenje ne samo da sprečava gravitacijski kolaps svemira "mjehurića", već ga pretvara i u gotovo ravni i neograničeni svijet. Tako i vrijeme njenog života također neizmjerno raste - gotovo do beskonačnosti. Tako,maleni virtualni svemir postaje sasvim stvaran - ogroman i dugovječan. Čak i ako je njezina starost konačna, to možda znatno premašuje sadašnje doba našeg svemira. Stoga se zvijezde i zvjezdani grozdovi, planete, pa čak i ono što se, dovraga, ne šali, tamo se može pojaviti inteligentan život. Punopravni svemir koji je nastao doslovno iz ničega - to su čuda na koja je inflacija sposobna!
Aleksej Levin