Svemir je imao početak. Ali gdje je to počelo? Što ste postali na početku? Znamo da je sve započelo prilično brzim širenjem i završilo pojavom velikog broja galaksija napravljenih od malih čestica. Ali što je bilo prije toga? Koji su bili zakoni fizike kad je sve počelo? Poznati fizičari James Hartl i Stephen Hawking ponudili su nekoliko odgovora na ova pitanja prije nekoliko desetljeća. Novo djelo druge skupine fizičara analiziralo je popularno tumačenje Hawkinga i Hartlea o geometriji Velikog praska i naišlo na neke probleme. Ovi rezultati bacaju svjetlo na problem početka svemira. Nova prepreka koju će sve teorije budućnosti morati prevladati.
"Pokušali smo napraviti rigorozniji izračun i dobili smo drugačije rješenje", kaže Job Feldbrügge, rezidentni student na Institutu za perimetar. "Teorija koju koristimo baca novo svjetlo na postojeću teoriju i pokazuje da možda neće raditi kako smo očekivali."
Znanstvenici obično pokušavaju razumjeti početak svemira gledajući Einsteinove zakone gravitacije, zvane opća relativnost, i igrajući ih unatrag. Napokon, žele doći do točke kada je svemir bio vrlo malen. No, postavljaju se najzanimljivija pitanja o tome kako je izgledao mladi svemir, je li bio dovoljno malen da se pokorava zakonima kvantne mehanike, koja upravlja najmanjim česticama, atomima i fotonima.
Postoji nekoliko načina za pokretanje svemira poput našeg. Možda su, mislili su Hawking i Hartle, ovaj zgusnuti svemir samo jedna točka u prostoru s posebnim kvantnim stanjem, takozvanom valnom funkcijom, koja sve to opisuje jezikom kvantne mehanike. Tada je došlo vrijeme. Filozofija i religija trebaju puno razgovarati na ovu temu, ali matematičari trebaju samo olovku i papir. Ovaj svemir sličan točkama razvio se iz matematike opće relativnosti s izvornim svojstvima kvantne mehanike ugrađenim u njegovu strukturu. Dakle, ove male slučajne fluktuacije energije u svemiru trebale bi se tijekom brzog širenja - napuhavanja - pretvoriti u velike razlike u gustoći koje opažamo u modernom Svemiru, s galaksijama i prazninama. Teorija Hawkinga i Hartlea bio je jedan od nekoliko načina da se označi početak svemira bez singularnosti, točke nulte zapremine i beskonačne mase koja nije imala previše smisla. Druge ideje, poput onih koje je predložio Aleksandar Vilenkin, nisu implicirale tu početnu singularnost.
Novi članak koji se nedavno pojavio na poslužitelju arXiv pretprint predstavlja problem. Računajući u matematici Hawkinga, Hartlesa i Vilenkina, novi tim nije dobio male kvantne fluktuacije potrebne za stvaranje današnjeg svemira. Umjesto toga, te su fluktuacije gigantske i stvaraju svemir potpuno drugačiji od našeg.
"Izračuni koje smo napravili doveli su do jakih gravitacijskih valova nakon Velikog praska", kaže Feldbrugge - ogromne fluktuacije u obliku samog prostora. “To ne bi moglo dovesti do svemira kakav je danas. Izračuni su u suprotnosti s onim što vidimo."
Hartl nije posebno zabrinut zbog rezultata momčadi Feldbruggea. "U kozmologiji još uvijek imamo premalo podataka u odnosu na ono što je moglo biti", kaže. "Stoga se potrudimo podržati dio teorije koji najbolje odgovara našim zapažanjima." Novo djelo vidi kao još jedan pokušaj preokretanja igre nudeći više informacija i drugačiji matematički put koji znanstvenici mogu slijediti. "Istraživači imaju pravo izbora hoće li slijediti ovu ili neku drugu ideju."
Njegov tim također je nedavno objavio još jedan rad u kojem je revidirao vlastitu matematiku i pokazao zašto njegova teorija još uvijek djeluje.
Promotivni video:
Ipak, čini se da matematika Feldbruggea i njegovog tima pokazuje da gladak izgled svemira bez ikakve singularnosti "nije opcija". Njihova matematika izravno osporava Hartlea i Hawkinga.
Povezivanje kvantne mehanike i opće relativnosti da bi se objasnio početak svemira nije niti novo, niti je gotovo riješeno. Zapravo je ovo jedan od glavnih problema koji teoretički fizičari pokušavaju riješiti, s obzirom na njegovu važnost za razumijevanje podrijetla svemira, kada se oba skupa zakona primjenjuju u istoj ljestvici, i važnost za crne rupe u kojima je gravitacija toliko jaka da svjetlost ne mogu je napustiti.
Ali što je najvažnije, Feldbrugge ne vjeruje da bi svemir koji je započeo zakonima kvantne mehanike i relativnosti mogao stvoriti mala kolebanja koja bi dovela do svemira poput našega - on misli da mora postojati nešto drugo. "Nejasno je koje će rješenje biti konačna opcija", kaže.
Mišljenja fizičara o ovom pitanju su vrlo različita. Paul Steinhardt, profesor fizike sa Sveučilišta Princeton, kaže da već postoje alternativni načini za izbjegavanje problema na novom poslu, kao i druge pritužbe na model Hawking-Hartle. Ovaj takozvani beskonačni model zahtijeva neka matematička zaobilaženja kako bi se stvorio svemir poput našeg.
“Koja je alternativa? Odskok bez singularnosti”, kaže, misleći na model koji razvija s kozmologinjom sa sjedištem na Princetonu Annom Idjas. Prema ovom modelu, svemir se urušava, a zatim se razvija u naš vlastiti svemir, puno prije nego što se može početi razmišljati o učincima kvantne mehanike.
Sabine Hossenfelder, znanstvena novakinja s Frankfurtskog instituta za napredne studije, nije sigurna u nove rezultate. “Jedino što mogu zaključiti je da nismo znali kako je svemir započeo prije nego što je ovo djelo napisano. A to nismo znali nakon objavljivanja ovog djela . Teoretičari matematiku shvaćaju ozbiljno i rade te izračune s vremenom i prostorom mnogo prije nego što bi ih teleskopi potvrdili. Jedini način da sa sigurnošću znamo što se događa jest eksperimentiranje.
Danas se većina ovih teorija može potvrditi ili opovrgnuti promatranjem najstarije svjetlosti koja je do nas došla, kozmičke mikrovalne pozadine. Znanstvenici se nadaju da će uvidi iz njihovih teorija pomoći izolirati važne potpise iz ovih podataka.
Je li moguće provjeriti rad Feldbruggea i njegovog tima? Oni tek počinju. Očito će trebati puno vremena da se provjeri. Znanstvenici u konačnici trebaju stvoriti svemir koji sliči našem. No detalji ovog postupka još nisu utvrđeni.
ILYA KHEL
