Universumil oli algus. Aga kust see algas? Milleks sa alguses said? Me teame, et kõik algas üsna kiire laienemisega ja lõppes suure hulga väikestest osakestest koosnevate galaktikatega. Aga mis enne seda tuli? Millised olid füüsikaseadused, kui see kõik algas? Kuulsad füüsikud James Hartl ja Stephen Hawking pakkusid neile küsimustele mitu aastakümmet tagasi mitu vastust. Teise füüsikute rühma uus töö analüüsis Hawkingi ja Hartle'i populaarse tõlgenduse Suure Paugu geomeetriat ja sattus mõningate probleemidega. Need tulemused heidavad valgust universumi alguse probleemile. Uus takistus, mille peavad ületama kõik tulevikuteooriad.
"Proovisime rangemat arvutust ja pakkusime välja teistsuguse lahenduse," ütleb Perimeter Instituudi kraadiõppur Resident Job Feldbrügge. "Kasutatav teooria heidab olemasolevale teooriale uut valgust ja näitab, et see ei pruugi töötada nii, nagu me ootasime."
Tavaliselt püüavad teadlased mõista universumi algust, vaadates Einsteini gravitatsiooniseadusi, mida nimetatakse üldrelatiivsusteooriaks, ja mängides neid tagurpidi. Lõppude lõpuks tahavad nad jõuda punkti, kus universum oli väga väike. Kuid kõige huvitavamad küsimused tekivad selle kohta, kuidas noor universum välja nägi, kas see oli piisavalt väike, et täita kvantmehaanika seadusi, mis reguleerivad väikseimaid osakesi, aatomeid ja footoneid.
Meie moodi universumi käivitamiseks on mitu võimalust. Võib-olla arvasid Hawking ja Hartle, et see tihendatud universum oli vaid üks ruumipunkt, millel oli eriline kvantolek, nn lainefunktsioon, mis kirjeldab seda kõike kvantmehaanika keeles. Siis saabus aeg. Filosoofia ja religioon peavad sel teemal palju rääkima, kuid matemaatikud vajavad lihtsalt pliiatsit ja paberit. See punktuniversum arenes üldrelatiivsusteooria matemaatika põhjal, mille struktuuri oli sisse ehitatud kvantmehaanika algsed omadused. Seega oleksid need väikesed juhuslikud energia kõikumised ruumis pidanud kiire laienemise - inflatsiooni - käigus muutuma suuremahulisteks tiheduse erinevusteks, mida täheldame kaasaegses universumis koos galaktikate ja tühjadega. Hawkingi ja Hartle'i teooria oli üks mitmest võimalusest tähistada universumi algust ilma ainsuse, nullmahu punkti ja lõpmatu massita, millel polnud erilist mõtet. Teised ideed, nagu Aleksander Vilenkin pakutud ideed, ei tähenda seda esialgset ainsust.
Hiljuti arXiv preprintserveris ilmunud uus artikkel toob sisse probleemi. Hawkingi, Hartlesi ja Vilenkini matemaatikas arvutades ei saanud uus meeskond tänase universumi loomiseks vajalikke pisikesi kvantliikumisi. Selle asemel on need kõikumised hiiglaslikud ja loovad meie omast täiesti erineva universumi.
"Meie tehtud arvutused viivad pärast Suurt Pauku tugevate gravitatsioonilaineteni," ütleb Feldbrugge - suured aegruumi kuju kõikumised. "See ei saanud viia sellisesse universumisse nagu praegu. Arvutused on vastuolus sellega, mida näeme."
Hartl Feldbrugge meeskonna tulemuste pärast eriti ei muretse. "Kosmoloogias on meil endiselt liiga vähe andmeid võrreldes sellega, mis see oleks võinud olla," ütleb ta. "Nii et anname endast parima, et toetada teooriat, mis sobib kõige paremini meie tähelepanekutega." Ta näeb uues teoses järjekordset katset mängu ümber pöörata, pakkudes rohkem teavet ja teistsugust matemaatilist rada, mida teadlased saaksid järgida. "Teadlastel on õigus valida, kas jätkata selle või teise ideega."
Tema meeskond avaldas hiljuti ka teise dokumendi, milles korrigeeriti tema enda matemaatikat ja näidati, miks tema teooria ikkagi töötab.
Reklaamvideo:
Kuid näib, et Feldbrugge ja tema meeskonna matemaatika näitab, et universumi sujuv ilmumine ilma ainsuse pole "valik." Nende matemaatika vaidlustab otseselt Hartle'i ja Hawkingi.
Kvantmehaanika ja üldrelatiivsusteooria sidumine universumi alguse selgitamiseks ei ole uus ega lahendamisele lähedane probleem. Tegelikult on see üks peamisi probleeme, mida teoreetilised füüsikud püüavad lahendada, arvestades selle olulisust universumi päritolu mõistmisel, kui mõlemat seaduste komplekti rakendatakse samal skaalal, ja tähtsust mustade aukude jaoks, kus gravitatsioon on nii tugev, et valgus ei saa teda jätta.
Kuid mis kõige tähtsam, Feldbrugge ei usu, et kvantmehaanika ja relatiivsusteooria seadustest alguse saanud universum võiks tekitada väikeseid kõikumisi, mis viiksid sellisesse universumisse nagu meie - tema arvates peab seal olema midagi muud. "Pole selge, milline lahendus saab olema viimane variant," ütleb ta.
Füüsikute arvamused selles küsimuses on väga erinevad. Princetoni ülikooli füüsikaprofessor Paul Steinhardt ütleb, et uues töökohas probleemide vältimiseks on juba olemas alternatiivseid viise, samuti muid kaebusi Hawking-Hartle'i mudeli kohta. See niinimetatud piiritu mudel nõuab meie sarnase universumi loomiseks mõningaid matemaatilisi lahendusi.
Mis on alternatiiv? Põrge ilma singulaarsuseta,”ütleb ta, viidates mudelile, mille ta arendab koos Princetonis asuva kosmoloogi Anna Idjasega. Selle mudeli järgi variseb universum kokku ja areneb seejärel meie enda universumiks, ammu enne, kui saab hakata mõtlema kvantmehaanika mõjudele.
Frankfurdi kõrgtasemeuuringute instituudi teadur Sabine Hossenfelder pole uutes tulemustes kindel. Ainus, mida võin järeldada, on see, et enne selle teose kirjutamist ei teadnud me, kuidas universum algas. Ja me ei teadnud seda pärast selle teose ilmumist. Teoreetikud võtavad matemaatikat tõsiselt ja on neid arvutusi teinud aja ja ruumiga juba ammu enne, kui teleskoobid neid kinnitaksid. Ainus viis toimuva kohta kindlalt teada on eksperimenteerimine.
Tänapäeval saab enamikku neist teooriatest kinnitada või ümber lükata vanima valguse, mis on meile jõudnud, kosmilise mikrolaineausta vaatlustega. Teadlased loodavad, et nende teooriate teadmised aitavad isiklikke allkirju nendest andmetest eraldada.
Kas Feldbrugge ja tema meeskonna tööd on võimalik kontrollida? Nad alles alustavad. Ilmselt võtab selle kontrollimine kaua aega. Teadlased peavad lõpuks looma universumi, mis sarnaneb meie omaga. Kuid selle protsessi üksikasju pole veel kindlaks tehtud.
ILYA KHEL
