Teoretski fizičari i kozmolozi moraju tražiti odgovore na najosnovnija pitanja: "Zašto smo ovdje?", "Kada se svemir pojavio?" i "Kako se to dogodilo?" Međutim, unatoč očitoj važnosti pronalaska odgovora na ova pitanja, postoji pitanje koje zasjenjuje svojim zanimanjem: "Što se dogodilo prije Velikog praska?"
Budimo iskreni: ne možemo odgovoriti na ovo pitanje. Nitko ne može. Ali uostalom, nitko ne zabranjuje špekulirati o ovoj temi i razmatrati nekoliko zanimljivih pretpostavki? Na primjer, s tim se slaže i Sean Carroll s Kalifornijskog tehnološkog instituta. Prošli mjesec Carroll je prisustvovao dvogodišnjem sastanku Američkog astronomskog društva, gdje je predložio nekoliko "preteksplozivnih" scenarija čiji bi "konačni akord" mogao biti pojava našeg svemira. Opet, ovo su samo nagađanja, a ne teorija, pa vas molim da to uzmete u obzir.
"U to vrijeme, da tako kažem, zakoni fizike za koje znamo da još nisu bili na snazi, jer" tada "još nisu postojali", kaže Carroll.
“Kad fizičari kažu da nemaju pojma što se tada dogodilo, to govore ozbiljno. Ovaj je segment povijesti u apsolutno neprobojnom mraku”, slaže se Peter Voight, teoretski fizičar sa Sveučilišta Columbia.
Jedno od najčudnijih svojstava našeg svemira je da ima vrlo nisku razinu entropije. Ovaj pojam ima mnoga tumačenja, ali u ovom slučaju govorimo o stupnju poremećaja. A u slučaju Svemira, u njemu ima više reda nego nereda. Zamislite bombu ispunjenu pijeskom. Bomba eksplodira, a milijarde milijardi zrna pijeska sadržane u njoj raspršuju se u različitim smjerovima - zapravo, ispred vas je model Velikog praska.
"Samo umjesto očekivanog kaotičnog raspršivanja, ova zrnca pijeska, koja predstavljaju materiju našeg svemira, odmah se pretvaraju u mnoge gotove" dvorce s pijeskom ", nastali nejasno kako i bez vanjske pomoći", - kaže Stephen Countryman, student postdiplomskog studija na Sveučilištu Columbia.
Rezultat Velikog praska mogao je (i možda je trebao) biti pojava visoke razine entropije mase u obliku neravnomjerno raspoređene materije. Umjesto toga, međutim, vidimo da su zvjezdani sustavi, galaksije i cijela jata galaksija međusobno povezani. Vidimo red.
Uz to, važno je shvatiti da se entropija ili poremećaj s vremenom može samo povećavati - isti se pijesak, prije ili kasnije i bez vanjske pomoći, opet raspada u mnoštvo zrna pijeska. Štoviše, kao što Carroll naglašava, naše promatranje vremena izravno je povezano s razinom entropije od početka svemira. Istodobno, sama se entropija može smatrati vrstom fizički svojstva ovisnog o vremenu sa samo jednim smjerom kretanja - u budućnost.
Promotivni video:
Dakle, entropija se, prema zakonima fizike, može samo povećavati, ali njezina trenutna razina u Svemiru je vrlo niska. Prema Carrollu, to može značiti samo jedno: rani Svemir imao je još nižu razinu, to jest, Svemir je trebao biti još više organiziran i uređen. A to bi, pak, moglo stvoriti ideju o tome što se zapravo dogodilo s našim Svemirom prije Velikog praska.
“Mnogo je ljudi koji vjeruju da je rani svemir bio vrlo jednostavan, nezanimljiv i bezizražajan sustav. Međutim, čim povežete entropiju s ovim pitanjem, perspektiva se odmah mijenja i shvatite da u ovom slučaju postoje stvari koje treba objasniti”, nastavlja Carroll.
Čak i ako entropiju ostavimo po strani, imat ćemo i druge jednako važne aspekte koje treba nekako prilagoditi našem trenutnom Svemiru u kojem živimo. Štoviše, u nekim se slučajevima niske razine entropije čine manje značajnima nego u drugima. Stoga ćemo pokušati razmotriti tri najpopularnije pretpostavke o tome što se moglo dogoditi Svemiru prije Velikog praska.
Model velikog odskoka
Prema jednoj od hipoteza, niska razina entropije našeg Svemira posljedica je činjenice da je sam njegov izgled rezultat raspada nekog "prethodnog" Svemira. Ova hipoteza kaže da je naš svemir mogao nastati kao rezultat brzog sabijanja ("odskoka"), vođenog složenim učincima kvantne gravitacije (singularnosti), što je zauzvrat dovelo do Velikog praska. To zauzvrat može ukazivati na to da možemo živjeti s jednakim uspjehom u bilo kojem trenutku beskonačnog slijeda nastajućih Svemira i, obratno, u „prvoj iteraciji“Svemira.
Ovaj se hipotetički model izgleda Svemira ponekad naziva i modelom "Veliki odskok". Prvo spominjanje ovog pojma zvuči davnih 60-ih, ali ovaj se model pretvorio u manje-više formiranu hipotezu tek 80-ih - ranih 90-ih.
Među manje kontroverznim točkama, model Big Bounce ima očite nedostatke. Na primjer, ideja kolapsa u singularitet proturječi Einsteinovoj teoriji opće relativnosti - pravilima po kojima gravitacija djeluje. Fizičari vjeruju da efekt singularnosti može postojati unutar crnih rupa, ali fizički zakoni koje poznajemo ne mogu nam pružiti mehanizam koji objašnjava zašto bi "drugi svemir", postigavši singularnost, trebao dovesti do Velikog praska.
"Ne postoji ništa u općoj relativnosti što ukazuje na" odskok "novog svemira kao rezultat singularnosti", kaže Sean Carroll.
Međutim, ovo nije jedina velika kontroverzna točka. Činjenica je da model Big Bounce podrazumijeva prisutnost pravocrtnog tijeka vremena s opadajućom entropijom, međutim, kao što je gore spomenuto, entropija se samo povećava s vremenom. Drugim riječima, prema zakonima fizike koje poznajemo, pojava odskočnog svemira je nemoguća.
Daljnji razvoj modela doveo je do pojave hipoteze da vrijeme u Svemiru može biti ciklično. Ali istodobno, model još uvijek nije u stanju objasniti kako će trenutna ekspanzija Svemira biti zamijenjena njegovim stezanjem. Ipak, to ne mora nužno značiti da je obrazac Big Bounce potpuno pogrešan. Moguće je da su naše trenutne teorije o tome jednostavno nesavršene i nisu u potpunosti promišljene. Napokon, zakoni fizike koje sada imamo izvedeni su iz granice prema kojoj smo u stanju promatrati svemir.
Model usnulog svemira
"Možda je prije Velikog praska svemir bio vrlo kompaktan, polako razvijajući statični prostor", teoretiziraju fizičari poput Kurta Hinterbichlera, Austina Joycea i Justina Khouryja.
Ovaj "predeksplozivni" svemir morao je imati metastabilno stanje, odnosno biti stabilan sve dok se nije pojavilo još stabilnije stanje. Po analogiji, zamislite liticu na čijem se rubu vibrira gromada. Svaki kontakt s gromadom dovest će do činjenice da padne u ponor ili - što je bliže našem slučaju - dogodit će se Veliki prasak. Prema nekim teorijama, „predeksplozivni“svemir mogao bi postojati u drugačijem obliku, na primjer, u obliku spljoštenog i vrlo gustog prostora. Kao rezultat, ovo je metastabilno razdoblje završilo: dramatično se proširilo i steklo oblik i stanje onoga što sada vidimo.
"Međutim, model usnulog svemira također ima svojih problema", kaže Carroll.
"Također pretpostavlja da naš Svemir ima nisku razinu entropije i ne objašnjava zašto je to tako."
Međutim, Hinterbichler, teorijski fizičar sa Sveučilišta Case Western Reserve, ne vidi pojavu niske entropije kao problem.
„Samo tražimo objašnjenje dinamike koja se dogodila prije Velikog praska, koja objašnjava zašto vidimo ovo što vidimo sada. Zasad nam je ovo jedino jedino preostalo”, kaže Hinterbichler.
Carroll, međutim, vjeruje da postoji još jedna teorija o "preeksplozivnom" svemiru koja može objasniti nisku razinu entropije koja postoji u našem svemiru.
Model Multiverse
Pojava novih svemira iz "matičnog svemira"
Hipotetički multiverzalni model izbjegava entropijski smanjujuću povučenost Big Bounce modela i daje objašnjenje njegove niske razine danas, kaže Carroll. Potječe iz ideje o "inflaciji" - dobro prihvaćenom, ali nepotpunom modelu svemira. Izraz "inflacija" i prvo objašnjenje za ovaj model predložio je 1981. fizičar Alan Guth, trenutno na Massachusetts Institute of Technology. Prema ovom modelu, prostor nakon Velikog praska dramatično se proširio. Toliko dramatično da je brzina ovog širenja bila veća od brzine svjetlosti. Prema kvantnoj mehanici, u prostoru se neprestano javljaju slučajna, suptilna kolebanja energije. U nekom trenutku inflatornog razdoblja, vrhunci tih fluktuacija dosegli su svoj maksimum i uzrokovali pojavu galaksija,praznine i velike strukture niske entropije koje danas promatramo u Svemiru.
Sam inflatorni model razvijen je na temelju promatranja kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja - najstarije vrste zračenja koja se pojavila samo nekoliko stotina tisuća godina nakon Velikog praska. Znanstvenici vjeruju da inflatorni model savršeno predviđa njegovo postojanje.
Jedna je hipoteza da bi multiverzum mogao biti rezultat inflacije. Pretpostavka kaže da postoji jedan vrlo, vrlo velik Svemir, s vremena na vrijeme koji stvara kompaktnije svemire. Štoviše, nijedan oblik komunikacije između tih svemira nije moguć. Markus Wu iz PBS Nove objašnjava:
„Ranih 80-ih fizičari su došli do zaključka da inflacija može imati prirodu beskonačnosti, zaustavljajući se samo u nekim dijelovima svemira, stvarajući nekakve zatvorene„ džepove “. Međutim, između tih "džepova" inflacija se nastavlja i ona teče brže od brzine svjetlosti. Zauzvrat, međusobno izolirani "džepovi" na kraju postaju Svemiri."
Carroll je najviše impresioniran ovim modelom, iako se njegov vlastiti predloženi model ponešto razlikuje od gore opisanog:
"Ovo je samo jedna verzija teorije multiverzuma, ali glavna razlika ovdje je u tome što 'roditeljski svemir' može imati visoku razinu entropije i rađa svemire s niskom razinom entropije", kaže Carroll.
Prema ovom modelu, prije Velikog praska postojala je vrsta velikog prostora koji se širio iz kojeg su rođeni naš i beskonačan broj drugih svemira. Drugi svemiri su izvan naše mogućnosti da ih otkrijemo i mogli su nastati i prije i poslije našeg svemira.
Valja napomenuti da je u ovom trenutku ovo jedan od najpopularnijih modela. Ipak, znanstvenici to, naravno, doživljavaju drugačije. Neki podržavaju ovu ideju, drugi se, naprotiv, potpuno ne slažu s njom. Ali ako za primjer uzmemo Petera Voighta sa Sveučilišta Columbia, onda teorija Multiverzuma, iako s popularno-znanstvenog gledišta izgleda vrlo atraktivno, fizičare može učiniti lijenima i natjerati ih da prestanu tražiti odgovore na najosnovnija pitanja, na primjer, zašto su fizičke konstante u našem Svemiru? točno onakvi kakvi jesu - otpisujući svu varijabilnost.
"Teoretičari nagađaju o mogućnosti beskonačnog broja svemira i u konačnici možemo smisliti jasne modele koji mogu objasniti zašto se vrijednosti (poput temeljnih svojstava čestica koje promatramo) mogu međusobno razlikovati u svakom pojedinačnom svemiru", kaže Voight …
Voight se boji da će jednoga dana glavno pitanje za znanost na ovom području biti obrazloženje na temu „koliko smo sretni što smo u ovom slučajnom svemiru, gdje se sve događa na ovaj način, a ne drugačije, unatoč beskonačnoj raznolikosti mogućnosti, pa odustanimo od ovog pothvata s teorijama.
Što se može sažeti? Mnogi fizičari dobivaju plaću za svađe i pisanje knjiga u kojima pokušavaju opisati kako Veliki prasak i model "predeksplozivnog" svemira mogu objasniti ono što danas vidimo, iako oni sami ne znaju i stvarno ne mogu znati. zašto je to tako. Činjenica je da, iako postoje ozbiljna pojednostavljenja i u matematičkim modelima i u objašnjenjima, nismo se približili točnom odgovoru i još uvijek imamo puno obrazloženja na ovu temu dok ne dođemo do željenog rezultata.
„Važno je ne samo iznositi teorije i hipoteze. Puno je važnije ljudima dati do znanja da zapravo mi sami još ne razumijemo o čemu govorimo. Sve je to samo na razini pretpostavki, ali nadam se da ćemo prije ili kasnije uspjeti pronaći pravi odgovor koji će odgovarati svima”, kaže Carroll.
NIKOLAY KHIZHNYAK
