Teoreetilised füüsikud ja kosmoloogid peavad otsima vastuseid kõige põhimõttelisematele küsimustele: "Miks me siin oleme?", "Millal ilmus Universum?" ja "Kuidas see juhtus?" Hoolimata nendele küsimustele vastuste leidmise ilmsest olulisusest, on siiski üks küsimus, mis varjutab neid kõiki oma huviga: "Mis juhtus enne Suurt Pauku?"
Olgem ausad: me ei saa sellele küsimusele vastata. Keegi ei saa. Kuid lõppude lõpuks ei keela keegi sellel teemal spekuleerimist ja mitme huvitava eelduse kaalumist? Sellega nõustub näiteks Sean Carroll California Tehnoloogiainstituudist. Eelmisel kuul osales Carroll kaks korda aastas toimuval Ameerika Astronoomia Seltsi koosolekul, kus ta pakkus välja mitu "plahvatusele eelnevat" stsenaariumi, mille "viimane akord" võiks olla meie universumi esilekerkimine. Jällegi, see on ainult spekulatsioon, mitte teooria, nii et palun arvestage sellega.
"Sel ajal nii öelda füüsikaseadused, mida me teame, veel ei kehtinud, sest" siis "neid veel ei olnud," ütleb Carroll.
Kui füüsikud ütlevad, et neil pole aimugi, mis siis juhtus, ütlevad nad seda täie tõsidusega. See ajaloosegment on täiesti läbimatu pimeduses,”nõustub Columbia ülikooli teoreetiline füüsik Peter Voight.
Meie universumi üks kummalisemaid omadusi on see, et selle entroopia tase on väga madal. Sellel terminil on palju tõlgendusi, kuid sel juhul räägime häire astmest. Ja Universumi puhul on selles rohkem korda kui korralagedust. Kujutage ette pommi, mis on täidetud liivaga. Pomm plahvatab ja selles sisalduvad miljardid miljardid liivaterad hajuvad eri suundades - tegelikult on teie ees Suure Paugu mudel.
"Ainult oodatud kaootilise hajumise asemel muutuvad need meie universumi ainet esindavad liivaterad kohe paljudeks valmis" liivalossideks ", mis on ebaselgelt moodustatud, kuidas ja ilma kõrvalise abita," - ütleb Columbia ülikooli kraadiõppur Stephen Countryman.
Suure Paugu tulemus võis (ja võib-olla oleks pidanud) olema massi entroopia kõrge taseme tekkimine ebaühtlaselt jaotunud aine kujul. Selle asemel näeme aga omavahel ühendatud tähesüsteeme, galaktikaid ja terveid galaktikaparvi. Näeme korda.
Lisaks on oluline mõista, et entroopia ehk häire võib aja jooksul ainult suureneda - sama liivaloss laguneb varem või hiljem ja ilma kõrvalise abita taas paljudeks liivateradeks. Pealegi, nagu Carroll märgib, on meie aja vaatlus otseselt seotud entroopia tasemega alates universumi algusest. Samal ajal võib entroopiat iseenesest pidada omamoodi ajast sõltuvaks füüsiliseks omandiks, millel on ainult üks liikumissuund - tulevikku.
Reklaamvideo:
Nii et entroopia saab vastavalt füüsikaseadustele ainult kasvada, kuid selle praegune tase Universumis on väga madal. Carrolli sõnul võib see tähendada ainult üht: varases Universumis oli selle tase veelgi madalam, see tähendab, et Universum oleks pidanud olema veelgi korrastatum ja korrastatum. Ja see võib omakorda tekitada idee, mis juhtus meie Universumiga tegelikult enne Suurt Pauku ennast.
On palju inimesi, kes usuvad, et varajane universum oli väga lihtne, ebahuvitav ja ilmetu süsteem. Niipea kui aga entroopia selle küsimusega ühendate, muutub perspektiiv kohe ja mõistate, et sel juhul on asju, mida tuleb selgitada,”jätkab Carroll.
Isegi kui entroopia kõrvale jätta, on meil ka teisi sama olulisi aspekte, mida tuleb kuidagi kohandada vastavalt meie praegusele Universumile, milles elame. Pealegi näib madal entroopia tase mõnel juhul vähem märkimisväärne kui teistel. Seetõttu püüame kaaluda kolme kõige populaarsemat eeldust selle kohta, mis oleks võinud Universumiga juhtuda enne Suurt Pauku.
Suur tagasilöögimudel
Ühe hüpoteesi kohaselt on meie Universumi madal entroopia tase tingitud asjaolust, et selle ilmumine ise oli mõne "eelmise" Universumi lagunemise tulemus. See hüpotees ütleb, et meie universum võis tekkida kiire kokkusurumise ("põrge") tagajärjel, mille taga olid kvantgravitatsiooni (singulaarsuse) keerulised mõjud, mis omakorda põhjustasid Suure Paugu. See omakorda võib viidata sellele, et me võime elada võrdse eduga nii tekkivate Universumite lõpmatu järjestuse mis tahes punktis kui ka vastupidi Universumi „esimeses iteratsioonis”.
Seda hüpoteetilist Universumi välimuse mudelit nimetatakse mõnikord "Suure põrke" mudeliks. Selle termini esimene mainimine kõlab juba 60ndatel aastatel, kuid enam-vähem kujunenud hüpoteesiks muutus see mudel alles 80ndatel - 90ndate alguses.
Vähem märkimisväärsete vastuoluliste punktide hulgas on ka Big Bounce'i mudelil selged vead. Näiteks singulaarsuseks kokkukukkumise idee on vastuolus Einsteini üldrelatiivsusteooria - reeglitega, mille järgi gravitatsioon toimib. Füüsikud usuvad, et mustade aukude sees võib eksisteerida singulaarsusefekt, kuid meile teadaolevad füüsikalised seadused ei saa meile pakkuda mehhanismi, mis selgitaks, miks peaks singulaarsuse saavutanud „teine universum” tekitama Suure Paugu.
"Miski üldrelatiivsusteoorias ei tähenda uue universumi" põrkumist "singulaarsuse tagajärjel," ütleb Sean Carroll.
See pole siiski ainus suur vaieldav küsimus. Fakt on see, et Big Bounce'i mudel viitab sirgjoonelise aja kulgemise olemasolule väheneva entroopiaga, kuid nagu eespool mainitud, entroopia ainult aja jooksul suureneb. Teisisõnu, vastavalt meile teadaolevatele füüsikaseadustele on hüpleva universumi ilmumine võimatu.
Mudeli edasiarendamine viis hüpoteesi tekkimiseni, et aeg universumis võib olla tsükliline. Kuid samal ajal ei suuda mudel ikkagi selgitada, kuidas Universumi praegune laienemine selle kokkutõmbumisega asendatakse. Kuid see ei tähenda tingimata, et Big Bounce'i mudel oleks täiesti vale. Võimalik, et meie praegused teooriad selle kohta on lihtsalt ebatäiuslikud ega ole täielikult läbi mõeldud. Lõppude lõpuks tuletasid meie praegused füüsikaseadused piirist, mille järgi oleme võimelised universumit jälgima.
Uinuva universumi mudel
"Võib-olla enne suurt pauku oli universum väga kompaktne, aeglaselt arenev staatiline ruum," teooria füüsikud nagu Kurt Hinterbichler, Austin Joyce ja Justin Khoury.
Sellel "plahvatuseelsel" universumil pidi olema metastabiilne seisund, see tähendab, et see peaks olema stabiilne, kuni ilmub veelgi stabiilsem olek. Kujutage analoogia põhjal ette kalju, mille serval on kivirahn vibratsioonis. Igasugune kontakt rändrahnuga viib selleni, et see langeb kuristikku või - mis on meie juhtumile lähemal - toimub Suur Pauk. Mõne teooria kohaselt võiks "plahvatusele eelnev" universum eksisteerida erineval kujul, näiteks lamestatud ja väga tiheda ruumi kujul. Selle tulemusena sai see metastabiilne periood otsa: see laienes dramaatiliselt ning omandas kuju ja oleku sellele, mida me praegu näeme.
"Magava universumi mudelil on aga ka probleeme," ütleb Carroll.
"Samuti eeldatakse, et meie universumis on madal entroopia tase ja see ei seleta, miks see nii on."
Case Western Reserve'i ülikooli teoreetiline füüsik Hinterbichler ei näe aga madala entroopia tekkimist probleemina.
Otsime lihtsalt selgitust enne Suurt Pauku toimunud dünaamikale, mis selgitab, miks me näeme seda, mida me praegu näeme. Siiani on see meile ainus asi järele jäänud,”ütleb Hinterbichler.
Carroll usub siiski, et eksisteerib veel üks "plahvatusele eelneva" universumi teooria, mis võib seletada meie universumis leiduvat madalat entroopia taset.
Multiversumi mudel
Uute universumite tekkimine "vanema universumist"
Hüpoteetiline multiversumi mudel väldib Big Bounce mudeli entroopiat vähendavat tagasilööki ja annab selgituse selle madalale tasemele tänapäeval, ütleb Carroll. See pärineb ideest "inflatsioon" - universumi hästi aktsepteeritud, kuid mittetäielik mudel. Mõiste "inflatsioon" ja selle mudeli esimese selgituse pakkus 1981. aastal välja füüsik Alan Guth, praegu Massachusettsi tehnoloogiainstituudis. Selle mudeli järgi on Suure Paugu järgne ruum dramaatiliselt laienenud. Nii dramaatiliselt, et selle paisumise kiirus oli suurem kui valguskiirus. Kvantmehaanika kohaselt ilmnevad ruumis pidevalt juhuslikud, peened energia kõikumised. Mingil hetkel inflatsiooniperioodil saavutasid nende kõikumiste tipud maksimumi ja põhjustasid galaktikate ilmnemise,tühimikud ja suuremahulised madala entroopia struktuurid, mida täna Universumis jälgime.
Inflatsioonimudel töötati välja kosmilise mikrolainete taustkiirguse vaatluste põhjal - vanim kiirgustüüp, mis ilmus vaid paarsada tuhat aastat pärast Suurt Pauku. Teadlased usuvad, et inflatsioonimudel ennustab selle olemasolu suurepäraselt.
Üks hüpotees on see, et multiversum võib olla inflatsiooni tulemus. Oletus ütleb, et on olemas üks väga-väga suur Universum, mis aeg-ajalt tekitab kompaktsemaid universumeid. Pealegi pole nende universumite vaheline suhtlusvorm võimalik. PBS Nova Markus Wu selgitab:
"80-ndate aastate alguses jõudsid füüsikud järeldusele, et inflatsioonil võib olla lõpmatuse olemus, see peatub ainult mõnes kosmosepiirkonnas, luues mingisugused kinnised" taskud ". Nende "taskute" vahel jätkub aga inflatsioon ja see voolab kiiremini kui valguskiirus. Omakorda eralduvad üksteisest "taskud" lõpuks Universumiteks."
Carrollile avaldab see mudel kõige suuremat muljet, ehkki tema enda pakutud mudel erineb eespool kirjeldatust mõnevõrra:
"See on vaid üks versioon multiversumi teooriast, kuid peamine erinevus on siin see, et" vanemuniversumil "võib olla kõrge entroopia tase ja kudevad universumid madala entroopia tasemega," ütleb Carroll.
Selle mudeli järgi oli enne Suurt Pauku omamoodi suur laienev ruum, kust sündisid meie ja lõpmatu arv teisi universumeid. Teised universumid ületavad meie võime neid tuvastada ja oleksid võinud tekkida nii enne kui ka pärast meie universumit.
Tuleb märkida, et hetkel on see üks populaarsemaid mudeleid. Sellest hoolimata tajuvad teadlased seda muidugi teisiti. Mõned toetavad seda ideed, teised, vastupidi, ei nõustu sellega täielikult. Kuid kui võtame näiteks Peter Voighti Columbia ülikoolist, võib Multiversumi teooria, ehkki see tundub populaarteaduslikust vaatepunktist väga atraktiivne, muuta füüsikud laisaks ja panna nad lõpetama vastuste otsimise kõige põhilisematele küsimustele, näiteks miks on meie Universumis füüsilised konstandid? täpselt nagu nad on - kogu varieeruvuse mahakandmine.
"Teoreetikud spekuleerivad lõpmatu hulga universumite võimalikkuse üle ja lõpuks võime välja mõelda selged mudelid, mis selgitavad, miks võivad väärtused (nagu vaadeldavate osakeste põhiomadused) igas universumis üksteisest erineda," ütleb Voight. …
Voight kardab, et ühel päeval on selle valdkonna teaduse põhiküsimus teema arutluskäik teemal „kui meil on vedanud olla selles juhuslikus universumis, kus kõik toimub nii ja mitte muul viisil, vaatamata võimaluste lõpmatule mitmekesisusele, nii et loobume sellest ettevõtmisest teooriatega.
Mida võib kokku võtta? Paljud füüsikud saavad palka vaidlemise ja raamatute kirjutamise eest, kus nad üritavad kirjeldada, kuidas Suur Pauk ja "plahvatusele eelneva" universumi mudel suudavad seletada seda, mida me täna näeme, kuigi nad ise ei tea ega oska tegelikult ka seda. miks see nii on. Fakt on see, et kuigi nii matemaatilistes mudelites kui ka selgitustes on tõsiseid lihtsustusi, ei ole me jõudnud õige vastuse lähedale ja meil on sellel teemal veel palju põhjendusi, kuni oleme jõudnud soovitud tulemuseni.
„Oluline on mitte ainult teooriate ja hüpoteeside esitamine. Palju olulisem on inimestele selgeks teha, et tegelikult me ise ei saa veel aru, millest jutt käib. Kõik see on ainult eelduste tasemel, kuid loodan, et varem või hiljem suudame leida õige vastuse, mis sobib kõigile,”ütleb Carroll.
NIKOLAY KHIZHNYAK
