Vaakumikõikumised võivad põhjustada virtuaalsete protouniversumite moodustumist, mis teatud tingimustel suudavad liikuda virtuaalsest olekust reaalsesse.
Füüsikud on juba mitu aastat püüdnud üles ehitada gravitatsiooni kvantteooriat - seni kahjuks edutult. Peaaegu kõik nad nõustuvad, et selline teooria peaks ühendama Einsteini relativistliku gravitatsiooniteooria kvantmehaanikaga ja see on väga, väga keeruline ülesanne.
Kvantmehaanika koos kõigi selle paradoksidega kirjeldab sellegipoolest objektide omadusi, mis eksisteerivad kõverat Newtoni ruumis. Tulevane gravitatsiooniteooria peaks laiendama tõenäosuslikke kvantmehaanilisi seadusi ruumi enda (täpsemalt ruumi-aja) omadustele, mis on deformeerunud vastavalt üldrelatiivsusteguri võrranditele. Kuidas seda teha rangete matemaatiliste arvutuste abil, seda ei tea veel keegi.
Külm sünd
Sellise liidu moodused saab siiski kvalitatiivsel tasemel läbi mõelda ja siin paistavad silma väga huvitavad väljavaated. Ühte neist pidas kuulus kosmoloog, Arizona ülikooli professor Lawrence Krauss oma hiljuti avaldatud raamatus "A Universe from Nothing" ("Universum mitte millestki"). Tema hüpotees näib fantastiline, kuid pole mingil juhul vastuolus kehtestatud füüsikaseadustega.
Arvatakse, et meie universum tekkis väga kuumast algseisundist, mille temperatuur oli umbes 1032 kelvinit. Universumite külma sündi on aga võimalik ette kujutada puhtast vaakumist - täpsemalt selle kvant kõikumistest. On hästi teada, et sellised kõikumised tekitavad väga palju virtuaalseid osakesi, mis tekkisid sõna otseses mõttes eimillestki ja kadusid hiljem jäljetult. Kraussi sõnul on vaakumikõikumised põhimõtteliselt võimelised tekitama võrdselt lühiajalisi protouniversumeid, mis teatud tingimustel lähevad virtuaalsest olekust reaalseks.
Reklaamvideo:
Universum ilma energiata
Mida selleks vaja on? Esimene ja peamine tingimus on see, et tulevase universumi embrüo koguenergia peab olema null. Sel juhul pole see mitte ainult määratud peaaegu koheseks kadumiseks, vaid vastupidi, see võib eksisteerida suvaliselt pikka aega. Selle põhjuseks on asjaolu, et kvantmehaanika kohaselt ei tohiks objekti energia määramatuse korrutis selle eluea määramatuse kaudu olla väiksem kui lõppväärtus - Plancki konstant.
Põhimõtete lahutamine meie varases universumis oli faasisiirde olemus. Väga kõrgetel temperatuuridel ühendati fundamentaalsed interaktsioonid, kuid kriitilisest temperatuurist madalamal jahutamisel eraldumist ei toimunud (seda võib võrrelda vee ülejahutamisega). Sel hetkel ületas ühinemisega seotud skalaarvälja energia Universumi temperatuuri, mis varustas välja negatiivse rõhuga ja põhjustas kosmoloogilise inflatsiooni. Universum hakkas laienema väga kiiresti ja sümmeetria purunemise hetkel (temperatuuril umbes 1028 K) suurenesid selle mõõtmed 1050 korda. Sel hetkel kadus ka interaktsioonide ühendamisega seotud skalaarväli ja selle energia muudeti Universumi edasiseks laienemiseks.
Niipea kui objekti energia on rangelt võrdne nulliga, on see teada ilma igasuguste ebakindlusteta ja seetõttu võib selle eluaeg olla lõpmata pikk. Selle efekti tõttu meelitatakse või tõrjutakse üksteisest eemale kaks väga suurtest vahemaadest paiknevat laetud keha. Nad suhtlevad omavahel virtuaalsete footonite vahetamise kaudu, mis nullmassi tõttu levivad üle igasuguse vahemaa. Seevastu nõrga vastasmõjuga, suure massi tõttu nõrkade vastasmõjudega gabariidivektorbossid eksisteerivad vaid umbes 10-25 sekundit, mille tulemusel on neil interaktsioonidel väga väike raadius.
Milline universum, ehkki embrüonaalne, nullienergiaga? Nagu professor Krauss ajakirjale Popular Mechanics selgitas, pole selles midagi müstilist: “Sellise universumi energia koosneb osakeste ja kiirguse (ja võib-olla ka skalaarse vaakumväljade) positiivsest energiast ja negatiivsest potentsiaalsest gravitatsioonienergiast. Nende summa võib olla võrdne nulliga - matemaatika võimaldab seda. Siiski on väga oluline, et selline energiatasakaal oleks võimalik ainult suletud maailmades, mille ruumis on positiivne kumerus. Lamedatel ja veelgi avatumatel universumitel sellist omadust ei ole”.
Faasisiire toimus Universumi evolutsioonis kolm korda: temperatuuril 10–28 kraadi K (lagunes interaktsioonide suur ühinemine), 10–15 kraadini K (elektrilöögi interaktsiooni lagunemine) ja 10–12 kraadini K (kvargid hakkasid ühendama hadroniteks).
Inflatsiooni imed
Mis juhtub, kui vaakumi kvant kõikumised tekitavad nullenergiaga virtuaalse universumi, mis on kvantvõimaluste tõttu saanud eluks ja evolutsiooniks natuke aega? See sõltub selle koostisest. Kui universumi ruum on täidetud mateeria ja kiirgusega, laieneb see kõigepealt, saavutab maksimaalse suuruse ja kukub kokku gravitatsioonilises kollapsis, olles eksisteerinud vaid pisikese sekundi murdosa jooksul. On teine küsimus, kas kosmoses on skalaarväljad, mis võivad käivitada inflatsiooni laienemise protsessi. On stsenaariume, kus see laienemine mitte ainult ei takista "mulli" universumi gravitatsioonilist kokkuvarisemist, vaid muudab selle ka peaaegu tasaseks ja piirituks maailmaks. Nii kasvab ka tema elu aeg mõõtmatult - peaaegu lõpmatuseni. Seegapisike virtuaalne universum muutub üsna reaalseks - tohutuks ja pikaealiseks. Isegi kui tema vanus on piiratud, võib see tunduvalt ületada meie universumi praegust vanust. Seetõttu võivad tähed ja täheparved, planeedid ja isegi see, mille kuradi pärast nalja ei tehta, seal võib ilmuda arukas elu. Täisväärtuslik universum, mis tekkis sõna otseses mõttes tühjast - need on imed, milleks inflatsioon on võimeline!
Aleksei Levin
