Fizicienii teoretici și cosmologii trebuie să caute răspunsuri la cele mai fundamentale întrebări: „De ce suntem aici?”, „Când a apărut Universul?” și „Cum s-a întâmplat asta?” Cu toate acestea, în ciuda importanței evidente a găsirii răspunsurilor la aceste întrebări, există o întrebare care le umbrește pe toate cu interesul său: „Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang?”
Să fim sinceri: nu putem răspunde la această întrebare. Nimeni nu poate. Dar la urma urmei, nimeni nu interzice speculațiile pe această temă și luarea în considerare a mai multor ipoteze interesante? Sean Carroll de la California Institute of Technology, de exemplu, este de acord cu acest lucru. Luna trecută, Carroll a participat la o întâlnire bianuală a Societății Astronomice Americane, unde a propus mai multe scenarii „pre-explozive”, a căror „coardă finală” ar putea fi apariția universului nostru. Din nou, aceasta este doar speculație, nu teorie, așa că vă rog să aveți în vedere acest lucru.
„În acel moment, ca să spunem așa, legile fizicii pe care le știm nu erau încă în vigoare, pentru că„ atunci”nu existau încă”, spune Carroll.
„Când fizicienii spun că habar nu au ce s-a întâmplat atunci, ei spun asta cu toată seriozitatea. Acest segment al istoriei este într-un întuneric absolut impenetrabil”, este de acord Peter Voight, fizician teoretic la Universitatea Columbia.
Una dintre cele mai ciudate proprietăți ale universului nostru este că are un nivel foarte scăzut de entropie. Acest termen are multe interpretări, dar în acest caz vorbim despre gradul de tulburare. Și în cazul Universului, există mai multă ordine în el decât dezordine. Imaginați-vă o bombă plină cu nisip. Bomba explodează, iar miliarde de miliarde de grăunțe de nisip conținute în ea se împrăștie în direcții diferite - de fapt, în fața ta este un model al Big Bang-ului.
„Dar, în loc de împrăștierea haotică așteptată, aceste boabe de nisip, care reprezintă materia universului nostru, se transformă imediat în multe„ castele de nisip”gata făcute, formate neclar cum și fără ajutor din exterior”, - spune Stephen Countryman, student absolvent la Universitatea Columbia.
Rezultatul Big Bang-ului ar putea (și poate ar fi trebuit) să fie apariția unui nivel ridicat de entropie a masei sub forma unei materii distribuite inegal. În schimb, însă, vedem sisteme de stele, galaxii și grupuri întregi de galaxii interconectate. Vedem ordine.
În plus, este important să înțelegem că entropia sau tulburarea nu poate crește decât în timp - același castel de nisip se va dezintegra mai devreme sau mai târziu și fără ajutor exterior din nou în multe boabe de nisip. Mai mult, după cum subliniază Carroll, observarea noastră asupra timpului este direct legată de nivelul de entropie de la începutul universului. În același timp, entropia în sine poate fi considerată ca un fel de proprietate fizică dependentă de timp, cu o singură direcție de mișcare - spre viitor.
Video promotional:
Deci, entropia, conform legilor fizicii, nu poate decât să crească, dar nivelul său actual în Univers este foarte scăzut. Potrivit lui Carroll, acest lucru nu poate însemna decât un singur lucru: Universul timpuriu avea un nivel și mai scăzut al acestuia, adică Universul ar fi trebuit să fie și mai organizat și mai ordonat. Și acest lucru, la rândul său, poate da naștere la ideea a ceea ce sa întâmplat cu Universul nostru de fapt înainte de Big Bang.
„Există mulți oameni care cred că universul timpuriu a fost un sistem foarte simplu, neinteresant și inexpresiv. Cu toate acestea, de îndată ce conectați entropia la această întrebare, perspectiva se schimbă imediat și vă dați seama că, în acest caz, există lucruri care trebuie explicate”, continuă Carroll.
Chiar dacă lăsăm deoparte entropia, atunci vom avea și alte aspecte la fel de importante, care trebuie cumva să fie adaptate la Universul nostru actual în care trăim. Mai mult, în unele cazuri, nivelurile scăzute de entropie par mai puțin semnificative decât în altele. Prin urmare, vom încerca să luăm în considerare cele mai populare trei ipoteze despre ceea ce s-ar fi putut întâmpla Universului înainte de Big Bang.
Modelul Big Rebound
Conform uneia dintre ipoteze, nivelul scăzut de entropie al Universului nostru se datorează faptului că însuși apariția sa a fost rezultatul dezintegrării unui anumit Univers „anterior”. Această ipoteză spune că universul nostru s-ar fi putut forma ca urmare a unei comprimări rapide („sărituri”), determinată de efectele complexe ale gravitației cuantice (singularitate), care la rândul lor au dat naștere Big Bang-ului. La rândul său, acest lucru poate indica faptul că putem trăi cu același succes atât în orice punct al secvenței infinite a Universelor emergente, cât și, invers, în „prima iterație” a Universului.
Acest model ipotetic al apariției Universului este uneori numit modelul „Big Bounce”. Prima mențiune a acestui termen sună înapoi în anii 60, dar acest model s-a transformat într-o ipoteză mai mult sau mai puțin formată doar în anii 80 - începutul anilor 90.
Printre punctele mai puțin controversate, modelul Big Bounce are defecte clare. De exemplu, ideea colapsului într-o singularitate contrazice teoria relativității generale a lui Einstein - regulile prin care funcționează gravitația. Fizicienii cred că efectul de singularitate poate exista în interiorul găurilor negre, dar legile fizice pe care le cunoaștem nu ne pot oferi un mecanism care să explice de ce „un alt univers”, ajuns la singularitate, ar trebui să dea naștere Big Bang-ului.
„Nu există nimic în relativitatea generală care să indice un„ salt”al noului univers ca urmare a unei singularități”, spune Sean Carroll.
Cu toate acestea, acesta nu este singurul mare punct controversat. Faptul este că modelul Big Bounce implică prezența unui curs liniar de timp cu entropie descrescătoare, totuși, așa cum s-a menționat mai sus, entropia crește doar cu timpul. Cu alte cuvinte, în conformitate cu legile fizicii pe care le cunoaștem, apariția unui univers care sări este imposibilă.
Dezvoltarea ulterioară a modelului a dus la apariția unei ipoteze că timpul din Univers poate fi ciclic. Dar, în același timp, modelul nu este încă în măsură să explice modul în care expansiunea actuală a Universului va fi înlocuită de contracția sa. Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă neapărat că modelul Big Bounce este complet greșit. Este posibil ca teoriile noastre actuale despre aceasta să fie pur și simplu imperfecte și să nu fie pe deplin gândite. La urma urmei, legile fizicii pe care le avem acum au fost derivate din limita conform căreia suntem capabili să observăm universul.
Modelul Universului Adormit
„Poate înainte de Big Bang, universul era un spațiu static foarte compact, care evoluează lent”, teoreticizează fizicieni precum Kurt Hinterbichler, Austin Joyce și Justin Khoury.
Acest univers „pre-exploziv” trebuia să aibă o stare metastabilă, adică să fie stabilă până când a apărut o stare și mai stabilă. Prin analogie, imaginați-vă o stâncă, pe marginea căreia un bolovan este într-o stare de vibrație. Orice contact cu bolovanul va duce la faptul că acesta cade în prăpastie sau - ceea ce este mai aproape de cazul nostru - va apărea Big Bang. Conform unor teorii, universul „pre-exploziv” ar putea exista într-o formă diferită, de exemplu, sub forma unui spațiu turtit și foarte dens. Drept urmare, această perioadă metastabilă a luat sfârșit: s-a extins dramatic și a dobândit forma și starea a ceea ce vedem acum.
„Totuși, modelul universului adormit are și problemele sale”, spune Carroll.
„De asemenea, presupune că Universul nostru are un nivel scăzut de entropie și nu explică de ce este așa.”
Cu toate acestea, Hinterbichler, fizician teoretic la Case Western Reserve University, nu vede apariția entropiei scăzute ca pe o problemă.
„Căutăm doar o explicație a dinamicii care a avut loc înainte de Big Bang, care explică de ce vedem ceea ce vedem acum. Până în prezent, acesta este doar singurul lucru care ne-a rămas”, spune Hinterbichler.
Cu toate acestea, Carroll crede că există o altă teorie a unui univers „pre-exploziv” care poate explica nivelul scăzut de entropie care există în universul nostru.
Modelul Multivers
Apariția de noi universuri din „universul părinte”
Ipoteticul model multivers evită reticența scăzută a entropiei modelului Big Bounce și oferă o explicație pentru nivelul său scăzut de astăzi, spune Carroll. Acesta își are originea în ideea de „inflație” - un model de univers bine acceptat, dar incomplet. Termenul „inflație” și prima explicație pentru acest model au fost propuse în 1981 de fizicianul Alan Guth, în prezent la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Conform acestui model, spațiul de după Big Bang s-a extins dramatic. Atât de dramatic încât viteza acestei expansiuni a fost mai mare decât viteza luminii. Conform mecanicii cuantice, în spațiu apar constant fluctuații aleatorii, subtile de energie. La un moment dat în perioada inflaționistă, vârfurile acestor fluctuații au atins maximul și au provocat apariția galaxiilor,goluri și structuri la scară largă de mică entropie pe care le observăm astăzi în Univers.
Modelul inflaționist în sine a fost dezvoltat pe baza observațiilor radiației cosmice de fundal cu microunde - cel mai vechi tip de radiație care a apărut la doar câteva sute de mii de ani după Big Bang. Oamenii de știință cred că modelul inflaționist prezice perfect existența sa.
O ipoteză este că multiversul ar putea fi rezultatul inflației. Presupunerea spune că există un Univers foarte, foarte mare, care dă naștere din când în când la universuri mai compacte. Mai mult, nu este posibilă nicio formă de comunicare între aceste universuri. Markus Wu, de la PBS Nova, explică:
„La începutul anilor 80, fizicienii au ajuns la concluzia că inflația poate avea natura infinitului, oprindu-se doar în unele regiuni ale spațiului, creând un fel de„ buzunare”închise. Cu toate acestea, între aceste „buzunare” inflația continuă și curge mai repede decât viteza luminii. La rândul lor, izolați unul de celălalt „buzunare” devin în cele din urmă Universe.”
Carroll este cel mai impresionat de acest model, deși propriul său model propus este oarecum diferit de ceea ce este descris mai sus:
„Aceasta este doar o versiune a teoriei multiversului, dar principala diferență este că„ universul părinte”poate avea un nivel ridicat de entropie și creează universuri cu un nivel scăzut de entropie”, spune Carroll.
Conform acestui model, înainte de Big Bang, exista un fel de spațiu mare în expansiune din care s-au născut universul nostru și un număr infinit de alte universuri. Alte universuri sunt dincolo de capacitatea noastră de a le detecta și s-ar fi putut forma atât înainte, cât și după universul nostru.
Trebuie remarcat faptul că în acest moment acesta este unul dintre cele mai populare modele. Cu toate acestea, oamenii de știință, desigur, o percep diferit. Unii susțin această idee, alții, dimpotrivă, nu sunt complet de acord cu ea. Dar dacă îl luăm ca exemplu pe Peter Voight de la Universitatea Columbia, atunci teoria Multiversului, deși pare foarte atractivă din punct de vedere al științei populare, îi poate face pe fizicieni leneși și îi poate face să nu mai caute răspunsuri la cele mai elementare întrebări, de exemplu, de ce sunt constantele fizice în Universul nostru? exact așa cum sunt - scriind toată variabilitatea.
"Teoreticienii speculează despre posibilitatea unui număr infinit de universuri și, în cele din urmă, putem veni cu modele clare care să explice de ce valorile (cum ar fi proprietățile fundamentale ale particulelor pe care le observăm) pot diferi unele de altele în fiecare univers individual", spune Voight …
Voight se teme că într-o zi întrebarea principală pentru știință în acest domeniu va fi raționamentul pe tema „cât de norocoși suntem că suntem în acest univers aleatoriu, în care totul se întâmplă în acest fel și nu diferit, în ciuda varietății infinite de posibilități, așa că hai să renunțăm la această aventură cu teorii.
Ce se poate rezuma? Mulți fizicieni sunt plătiți pentru certarea și scrierea cărților în care încearcă să descrie modul în care Big Bang-ul și modelul universului „pre-exploziv” pot explica ceea ce vedem astăzi, deși ei înșiși nu știu și chiar nu pot ști. De ce este așa. Faptul este că, chiar dacă există simplificări serioase atât în modelele matematice, cât și în explicații, nu ne-am apropiat de răspunsul corect și avem totuși o mulțime de raționamente pe această temă până când ajungem la rezultatul dorit.
„Este important nu numai să propunem teorii și ipoteze. Este mult mai important să clarificăm oamenilor că, de fapt, noi înșine nu înțelegem încă despre ce vorbim. Toate acestea sunt doar la nivelul presupunerilor, dar sper că mai devreme sau mai târziu vom putea găsi răspunsul potrivit care să se potrivească tuturor”, spune Carroll.
NIKOLAY KHIZHNYAK
