Co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem? Konwencjonalna odpowiedź na to pytanie brzmi: „Przed Wielkim Wybuchem nie ma czegoś takiego jak”. To wydarzenie, które to wszystko rozpoczęło. Ale prawidłowa odpowiedź, mówi fizyk Sean Carroll, brzmi: „Po prostu nie wiemy”. Carroll, podobnie jak wielu innych fizyków i kosmologów, zaczęli rozważać możliwość czasu przed Wielkim Wybuchem, a także alternatywne teorie o tym, jak powstał nasz wszechświat. Carroll omawiał tego rodzaju „badania spekulacyjne” podczas przemówienia na spotkaniu American Astronomical Society Meeting w zeszłym tygodniu w St. Louis w stanie Missouri.
„To interesujący czas, aby zostać kosmologiem” - powiedział Carroll. „Jesteśmy zarówno błogosławieni, jak i przeklęci. To złoty wiek, ale problem polega na tym, że model wszechświata, który mamy, nie ma sensu ”.
Po pierwsze, istnieje problem z zapasami, w którym 95% wszechświata nie zostało uwzględnione. Kosmolodzy najwyraźniej rozwiązali ten problem, wymyślając ciemną materię i ciemną energię. Ale ponieważ „stworzyliśmy” materię, aby pasowała do danych, nie oznacza to, że rozumiemy naturę wszechświata.
Kolejna wielka niespodzianka na temat naszego wszechświata pochodzi z rzeczywistych danych ze statku kosmicznego WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), który bada kosmiczne tło mikrofalowe (CMB) jako „echo” Wielkiego Wybuchu.
„Migawka WMAP przedstawiająca wygląd wczesnego wszechświata pokazuje, że jest on gorący, gęsty i gładki [niska entropia] w szerokim obszarze przestrzeni kosmicznej” - powiedział Carroll. „Nie rozumiemy, dlaczego tak jest. To jeszcze większa niespodzianka niż problem z zapasami. Nasz wszechświat po prostu nie wygląda naturalnie. ” Carroll powiedział, że stany niskiej entropii są rzadkie, a także wszystkie możliwe warunki początkowe, które mogły ewoluować w wszechświat taki jak nasz, przytłaczająca większość ma znacznie wyższą entropię, a nie niższą.
Jednak najbardziej zaskakującym zjawiskiem we wszechświecie, powiedział Carroll, jest to, że wszystko się zmienia. A wszystko dzieje się w spójnym kierunku od przeszłości do przyszłości, w całym wszechświecie.
„Nazywa się to strzałą czasu” - powiedział Carroll. Ta strzała czasu pochodzi z drugiej zasady termodynamiki, która przywołuje entropię. Prawo stanowi, że niezmiennie z czasem systemy zamknięte zmieniają się z porządku w nieład. To prawo ma fundamentalne znaczenie dla fizyki i astronomii.
Jednym z wielkich pytań dotyczących początkowych warunków wszechświata jest to, dlaczego entropia zaczęła się tak nisko? „A niska entropia w pobliżu Wielkiego Wybuchu jest odpowiedzialna za wszystko w strzale czasu”, powiedział Carroll. „Życie i śmierć, pamięć, upływ czasu”. Wydarzenia odbywają się w kolejności i nie można ich cofnąć.
„Za każdym razem, gdy rozbijasz jajko lub wylejesz szklankę wody, robisz kosmologię obserwacyjną” - powiedział Carroll.
Dlatego, aby odpowiedzieć na nasze pytania dotyczące wszechświata i strzały czasu, możemy zastanowić się, co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem.
Carroll podkreślił, że są to ważne kwestie do przemyślenia. „To nie tylko teologia rekreacyjna” - powiedział. „Chcemy opowieści o wszechświecie, która ma sens. Kiedy mamy rzeczy, które wydają się zaskakujące, szukamy mechanizmu, który sprawi, że układanka będzie zrozumiała. Wszechświat o niskiej entropii jest wskazówką do czegoś i powinniśmy pracować, aby to znaleźć. ”
W tej chwili nie mamy dobrego modelu wszechświata, a obecne teorie nie odpowiadają na pytania. Klasyczna ogólna teoria względności przewiduje, że wszechświat zaczął się od osobliwości, ale nic nie może udowodnić aż do Wielkiego Wybuchu.
Teoria inflacji, która proponuje okres niezwykle szybkiej (wykładniczej) ekspansji wszechświata w pierwszych kilku chwilach, nie jest pomocna, powiedział Carroll. „To tylko pogarsza problem entropii. Inflacja wymaga teorii warunków początkowych. ”
Istnieją również inne modele, ale Carroll zaproponował i wydawało się, że faworyzuje ideę wielu wszechświatów, które wciąż tworzą wszechświaty „dziecięce”. „Nasz obserwowalny wszechświat może nie być całą historią” - powiedział. „Jeśli jesteśmy częścią większego wieloświata, nie ma stanu równowagi maksymalnej entropii, a entropia powstaje poprzez tworzenie wszechświatów podobnych do naszego”.
Carroll omówił także nowe badania, które przeprowadził wraz z zespołem fizyków, ponownie patrząc na wyniki WMAP. Carroll i jego zespół twierdzą, że dane pokazują, że wszechświat jest „krzywy”.
Pomiary z WMAP pokazują, że fluktuacje tła mikrofalowego są o około 10% silniejsze po jednej stronie nieba niż po drugiej.
Wyjaśnienie tego „ciężkiego z jednej strony wszechświata” byłoby, gdyby fluktuacje te reprezentowały strukturę pozostałą po wszechświecie, która wytworzyła nasz wszechświat.
Carroll powiedział, że wszystkim temu pomoże lepsze zrozumienie grawitacji kwantowej. „Fluktuacje kwantowe mogą tworzyć nowe wszechświaty. Jeśli fluktuacje termiczne w spokojnej przestrzeni mogą prowadzić do dziecięcych wszechświatów, miałyby one własną entropię i mogłyby kontynuować tworzenie wszechświatów. ”
To prawda - i Carroll podkreślił ten punkt - wszelkie badania na te tematy są obecnie uważane za spekulacje. „Żadna z tych rzeczy nie jest mocno ugruntowana” - powiedział. „Założę się nawet o pieniądze, że to źle. Ale mam nadzieję, że będę mógł wrócić za 10 lat i powiedzieć, że wszystko wymyśliliśmy ”.
Trzeba przyznać, że jako pisarz próba podsumowania wypowiedzi i pomysłów Carrolla w krótkim artykule z pewnością nie oddaje im sprawiedliwości. Sprawdź opinie Carrolla na temat tych pojęć i nie tylko na jego blogu, Cosmic Variance. Przeczytaj także świetne podsumowanie przemówienia Carrolla, napisane przez Chrisa Lintotta dla BBC. Zastanawiam się nad przemówieniem Carrolla już od ponad tygodnia i zastanawiam się nad początkami czasu - a nawet, że może być czas przed czasem - stał się interesującym i urzekającym tygodniem. Nie wiadomo, czy ten czas doprowadził mnie do przodu, czy do tyłu w moim rozumieniu!
