Pokušavajući shvatiti kakva je priroda svemira, kako je nastao i što ga očekuje u budućnosti, znanstvenici ponekad grade neobične hipoteze i modele, kao što je, na primjer, teorija Velikog odskoka.
Je li svemir započeo eksplozijom, odskokom ili nečim drugim? Pitanje našeg podrijetla jedan je od najtežih problema u fizici, sa samo nekoliko odgovora i puno nagađanja. Najpopularnija i općeprihvaćena teorija danas je kozmička inflacija prema kojoj je u prvih nekoliko djelića sekunde nakon Velikog praska sav prostor-vrijeme doživio razdoblje nevjerojatno brzog širenja. Međutim, postoje i druge konkurentske ideje. Primjerice, prema cikličkom modelu Svemira, našem je prostor-vremenu prethodio drugi, koji je preživio razdoblje Velike kompresije, a zatim opet eksplodirao - možemo ga promatrati i danas. Uz to, postoji teorija Velikog odskoka koja slijedi iz cikličkog uzorka.
Inflatorni model ima mnogo obožavatelja, jer brza ekspanzija koju postulira objašnjava mnoga svojstva svemira - primjerice zašto se čini relativno ravnim (umjesto zakrivljenim kada se govori o velikim razmjerima) i jednoličnim u svim smjerovima (svugdje u svemiru, u svim smjerovi materije su približno jednaki). Oba se stanja razvijaju kada su se područja prostora koja su udaljena jedno od drugog u početku nalazila vrlo blizu. Međutim, čini se da najnovije verzije teorije sugeriraju - ili čak zahtijevaju - da je inflacija stvorila ne samo naš svemir, već beskrajni krajolik svemira, na kojem su nastale sve moguće vrste svemira sa svim skupinama fizičkih zakona i svojstava. Nekim se znanstvenicima sviđa ova pretpostavka,budući da može objasniti postojanje našeg Svemira naizgled slučajnim, ali idealno prilagođenim uvjetima za postojanje života. Ako na takvom krajoliku postoje sve zamislive i nezamislive vrste prostora, onda ne čudi da je i naš među njima. Istodobno, drugi fizičari smatraju ideju multiverzuma odbojnom, dijelom i zato što ako teorija predviđa pojavu svih mogućih događaja, neće jedinstveno predvidjeti naš svemir.ako teorija predviđa pojavu svih mogućih događaja, neće jedinstveno predvidjeti naš svemir.ako teorija predviđa pojavu svih mogućih događaja, neće jedinstveno predvidjeti naš svemir.
Teorije velikog odskoka također predviđaju ravan i ravnomjerno ispunjen prostor zbog efekata zaglađivanja koji se mogu dogoditi kada se ugovori. Međutim, kamen spoticanja odskočne ideje dugo se smatrao prijelazom iz kontrakcije u ekspanziju, što zahtijeva omraženu ideju "singularnosti" - doba kada je svemir bio točka beskonačne gustoće - što mnogi smatraju matematički besmislenom pretpostavkom koja ukazuje na to da je teorijski vlak sišao tračnice. U novije vrijeme fizičari su počeli tvrditi da su pronašli jednadžbe odbijanja koje ne sadrže singularnosti. 2016. Neil Turok i Steffen Giehlen objavili su svoje izračune u Physical Review Letters. Tada je Turok ovo djelo komentirao na sljedeći način:
„Otkrili smo da možemo točno opisati kvantnu evoluciju svemira i otkrili smo da svemir glatko prelazi kroz singularnost na drugu stranu. Nadali smo se tome, ali prije nismo postigli takve rezultate.
Velika odskočna animacija / Quanta Magazine.
Dakle, mnogi 2016. godinu smatraju rođenjem Velikog odskoka, iako sam koncept potječe iz djela takvih znanstvenika kao što su, posebno, Willem de Sitter i Georgy Gamow. Proboj u razvoju teorije došao je s dvije tehnike koje su koristili Turok i Ghilen. Prva je bila uporaba još uvijek nepotpune teorije kvantne kozmologije - mješavine kvantne mehanike i opće relativnosti - umjesto da opisuje svemir klasičnom Općom teorijom. Druga tehnika sugerirala je da se, kad je svemir bio vrlo mlad, tvar ponašala poput svjetlosti - u smislu da zakoni fizike koji je opisuju ne ovise o mjerilu. Na primjer, svjetlost djeluje isto bez obzira na valnu duljinu. Međutim, fizika materije obično se razlikuje ovisno o mjerilima o kojima je riječ. Prema modernim modelima,Otprilike prvih 50 tisuća godina Svemir je bio ispunjen zračenjem, a bilo je malo uobičajene materije koja se danas posmatra svugdje u svemiru. Nedavni modeli Velikog odskočnog svemira ukazuju na to da je u ranim fazama bio bez razmjera.
Turok i Ghilen otkrili su da svemir koji se smanjuje pod takvim uvjetima nikada neće preći u stanje stvarne singularnosti. Zapravo, on se "provlači" kroz ovu točku, "skačući" iz stanja prije njega u stanje nakon njega. Iako se ovo u početku može činiti kao trik, to je dokazani fenomen u kvantnoj mehanici (kvantno tuneliranje). Budući da čestice ne postoje u apsolutnim stanjima, već su to oblaci vjerojatnosti, postoji mala, ali stvarna mogućnost da se "tuneliraju" kroz fizičke prepreke kako bi došle izvan dosega. To je poput hodanja kroz zidove, samo na mikroskopskoj razini. Turk primjećuje da netočnosti u prostoru, vremenu i materiji ukazuju na to da je nemoguće točno reći gdje se svemir nalazi u određenom trenutku,što mu omogućuje prolazak kroz singularnost.
Promotivni video:
Međutim, 2016. godine, Paul Steinhardt i Anna Ijas radili su na drugi način da matematički demonstriraju mogućnost povratka. Oni su u model svemira uveli posebnu vrstu polja, u kojem kompresija može ići u širenje prije nego što prostor postane dovoljno malen da pređe u stanje singularnosti. U svojim istraživanjima koristili su klasičnu teoriju opće relativnosti. Drugim riječima, ovim su radom pokazali da je odskok moguć ne samo sa stajališta kvantne mehanike, već i sa stajališta teorije relativnosti.
Poput drugih hipoteza o postanku i evoluciji Svemira, teorija Velikog odskoka pokušava otkriti zašto je Svemir točno onakav kakvim ga promatramo. Modeli koje su izgradili fizičari predstavljaju samo idealizirane, apsolutno glatke svemire, u kojima nema malih kolebanja gustoće koja dovode do stvaranja zvijezda, galaksija i stvarnog svemira. Dakle, znanstvenici tek trebaju razviti Big Bounce modele do složenijih sustava.
Ako je Svemir već jednom "odskočio", postavlja se logično pitanje: hoće li se ponoviti? Bilo kako bilo, sve teorije ponovnog uspona ne pretpostavljaju da će ciklus kontrakcija i širenja biti beskonačan, kako tvrdi ciklički model svemira. Na primjer, čak i ako je naš Svemir prošao kroz takav odskok, još uvijek nema nagovještaja da ide na sljedeću kompresiju. Štoviše, opažanja pokazuju da tamna energija sve više rasteže prostor, odvozeći galaksije koje nisu gravitacijski vezane jedna za drugu, sve dalje i dalje jedna od druge. Znanost nema jednoznačan odgovor na pitanje što nas očekuje u budućnosti. Međutim, to je izravno povezano s tim kako je sve počelo.
Vladimir Guillen
