Jak powstał wszechświat?
Jest to być może największa Wielka Tajemnica i źródło wszystkich innych. Największe pytania ludzkości - jak zaczęło się życie? Czym jest świadomość? Czym jest ciemna materia, ciemna energia, grawitacja? - wynikają z tego.
„Wszystkie inne tajemnice leżą u podstaw tego pytania” - powiedziała Ann Druyan, autorka i wdowa astronoma Carl Sagan. „Ma to dla mnie znaczenie, ponieważ jestem człowiekiem i nie lubię nie wiedzieć”.
Nawet gdy teorie próbujące rozwiązać tę tajemnicę stają się coraz bardziej złożone, naukowcy są prześladowani przez możliwość, że niektóre z najbardziej krytycznych ogniw w ich łańcuchu rozumowania są błędne.
Podstawowe tajemnice
Według standardowego modelu Wielkiego Wybuchu wszechświat narodził się w okresie inflacji, który rozpoczął się około 13,8 miliarda lat temu. Podobnie jak szybko rozszerzający się balon, pęczniał od rozmiaru mniejszego niż elektron do prawie obecnego rozmiaru w ułamku sekundy.
Początkowo wszechświat był przesiąknięty tylko energią. Część tej energii zastygła w cząstki, które zgromadziły się w lekkie atomy, takie jak wodór i hel. Atomy te zlepiły się najpierw w galaktyki, a następnie gwiazdy, w których ognistych piecach wykuto wszystkie pozostałe pierwiastki.
Jest to ogólnie uzgodniony obraz pochodzenia naszego wszechświata przedstawiony przez naukowców. Jest to potężny model, który wyjaśnia wiele rzeczy, które naukowcy widzą, gdy patrzą w niebo, takich jak niezwykła gładkość czasoprzestrzeni na dużych skalach i równomierny rozkład galaktyk po przeciwnych stronach wszechświata.
Ale w tej historii są pewne rzeczy, które sprawiają, że niektórzy naukowcy są niespokojni. Po pierwsze, idea, że wszechświat przeszedł okres szybkiej inflacji na początku swojej historii, nie może być bezpośrednio przetestowana i opiera się na istnieniu tajemniczej formy energii na początku wszechświata, która już dawno zniknęła.
„Inflacja jest niezwykle potężną teorią, a jednak wciąż nie mamy pojęcia, co spowodowało inflację lub czy jest to nawet poprawna teoria, chociaż działa wyjątkowo dobrze” - powiedział Eric Agol, astrofizyk z University of Washington.
Dla niektórych naukowców inflacja jest niezgrabnym dodatkiem do modelu Wielkiego Wybuchu, niezbędną złożonością dodaną w celu dopasowania do obserwacji. To nie byłby ostatni dodatek.
„Dowiedzieliśmy się również, że we wszechświecie musi istnieć ciemna materia, a teraz ciemna energia” - powiedział Paul Steinhardt, fizyk teoretyczny z Princeton University. „Więc dzisiejszy model działa w ten sposób, że mówisz:„ OK, bierzesz Wielki Wybuch, bierzesz inflację, dostrajasz to, aby mieć następujące właściwości, a następnie dodajesz pewną ilość ciemnej materii i ciemnej energii ”. Te rzeczy nie są połączone w spójną teorię ”.
Steinhardt martwi się, że kosmolodzy działają bardziej jako inżynierowie niż naukowcy. Jeśli obserwacja nie pasuje do bieżącego modelu, dołączają inny komponent lub majsterkowicz do już istniejących, aby pasowały. Komponenty nie są połączone i nie ma powodu, aby je dodawać poza dopasowaniem obserwacji. To tak, jakby próbować naprawić stary samochód, dodając nowe części z nowszych, ale różnych modeli. Te części mogą działać w krótkim okresie, ale ostatecznie potrzebujesz nowego samochodu.
Wieczny wszechświat
W ostatnich latach Steinhardt współpracował z Anną Ijjas, fizyką teoretyczną na Uniwersytecie Harvarda, nad radykalną alternatywą dla standardowego modelu Wielkiego Wybuchu.
Zgodnie z ich ideą, zwaną odbijającą się kosmologią, wszechświat narodził się nie tylko raz, ale być może wiele razy w niekończących się cyklach kurczenia się i rozszerzania. Teoria zastępuje „wielki wybuch” „wielkim odbiciem”, który płynnie łączy okresy kurczenia się i ekspansji wszechświata i rozwiązuje wiele problemów, które nękają teorię inflacji.
Para twierdzi, że ich ekpyrotyczna lub „cykliczna” teoria wyjaśniałaby nie tylko inflację, ale także inne kosmiczne tajemnice, w tym ciemną materię, ciemną energię i dlaczego wszechświat wydaje się rozszerzać w coraz szybszym tempie.
Choć kontrowersyjna, odbijająca się kosmologia stwarza możliwość, że wszechświat jest ponadczasowy i odnawia się. Jest to perspektywa być może nawet bardziej inspirująca niż wszechświat z określonym początkiem i końcem, ponieważ oznaczałoby to, że gwiazdy na niebie, nawet te najstarsze, są jak krótkotrwałe świetliki w wielkim planie rzeczy.
„Chciałbym mieć nadzieję, że wysiłek, jaki społeczeństwo wkłada w badania naukowe, przybliża nas do fundamentalnych prawd, a nie tylko sposób na tworzenie użytecznych narzędzi” - powiedział astronom Richard Institute z California Institute of Technology. „Ale równie przeraża mnie odkrycie, że wszystko, co wiem, jest złe, i potajemnie mam nadzieję, że nie zrobię tego”.
Ten artykuł został zaktualizowany w dniu 27 czerwca 2019 r. Przez Live Science Contributor Tim Childers.
