Wielki Wybuch jest powszechnie uważany za początek wszystkiego: około 13,8 miliarda lat temu poszedł obserwowalny wszechświat Bum i rozwinął się w istnienie.
Ale jakie były rzeczy przed Wielkim Wybuchem?
Krótka odpowiedź: nie wiemy. Długa odpowiedź: mogło to być wiele rzeczy, każda zginająca umysł na swój sposób.
Na początku
Pierwszą rzeczą do zrozumienia jest, czym tak naprawdę był Wielki Wybuch.
„Wielki Wybuch jest momentem w czasie, a nie punktem w kosmosie” - powiedział Sean Carroll, fizyk teoretyczny z California Institute of Technology i autor „The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning and the Universe It Sam” (Dutton, 2016).
Dlatego możliwe jest, że wszechświat w Wielkim Wybuchu był bardzo mały lub nieskończenie duży, powiedział Carroll, ponieważ nie ma sposobu, aby spojrzeć wstecz w czasie na rzeczy, których nawet dziś nie widzimy. Wiemy tylko, że był bardzo, bardzo gęsty i że bardzo szybko stał się mniej gęsty.
W następstwie tego naprawdę nie ma nic poza wszechświatem, ponieważ wszechświat jest z definicji wszystkim. Tak więc w Wielkim Wybuchu wszystko było gęstsze i gorętsze niż obecnie, ale nie było bardziej „na zewnątrz” niż dzisiaj. Jakkolwiek kuszące jest spojrzenie z boskiego punktu widzenia i wyobrażenie sobie, że możesz stać w pustce i spojrzeć na zmiażdżony wszechświat dziecka tuż przed Wielkim Wybuchem, to byłoby niemożliwe, powiedział Carroll. Wszechświat nie rozszerzył się w przestrzeń; sama przestrzeń się rozszerzyła.
„Bez względu na to, gdzie jesteś we wszechświecie, jeśli prześledzisz 14 miliardów lat wstecz, dojdziesz do punktu, w którym było ono wyjątkowo gorące, gęste i szybko się rozszerzało” - powiedział.
Nikt nie wie dokładnie, co działo się we wszechświecie, aż do 1 sekundy po Wielkim Wybuchu, kiedy wszechświat ostygł wystarczająco, by protony i neutrony zderzyły się i skleiły. Wielu naukowców uważa, że wszechświat przeszedł przez proces ekspansjonalnej ekspansji zwanej inflacją w ciągu pierwszej sekundy. Wygładziłoby to strukturę czasoprzestrzeni i mogłoby wyjaśnić, dlaczego materia jest dziś tak równomiernie rozmieszczona we wszechświecie.
Przed hukiem
Możliwe jest, że przed Wielkim Wybuchem wszechświat był nieskończonym odcinkiem ultrakrzepłego, gęstego materiału, który utrzymywał się w stałym stanie, dopóki z jakiegoś powodu nie nastąpił Wielki Wybuch. Ten wyjątkowo gęsty wszechświat mógł być rządzony przez mechanikę kwantową, fizykę niezwykle małej skali, powiedział Carroll. Wielki Wybuch reprezentowałby zatem moment, w którym fizyka klasyczna przejęła rolę głównego motoru ewolucji wszechświata.
Dla Stephena Hawkinga liczyła się tylko ta chwila: powiedział, że przed Wielkim Wybuchem wydarzenia są nie do zmierzenia, a zatem są nieokreślone. Hawking nazwał to propozycją bez granic: czas i przestrzeń, jak powiedział, są skończone, ale nie mają żadnych granic ani punktów początkowych ani końcowych, podobnie jak planeta Ziemia jest skończona, ale nie ma krawędzi.
„Ponieważ wydarzenia przed Wielkim Wybuchem nie mają żadnych konsekwencji obserwacyjnych, równie dobrze można je oderwać od teorii i powiedzieć, że czas rozpoczął się od Wielkiego Wybuchu” - powiedział w wywiadzie dla programu National Geographic „StarTalk” w 2018 r.
A może przed Wielkim Wybuchem było coś jeszcze, nad czym warto się zastanowić. Jednym z pomysłów jest to, że Wielki Wybuch nie jest początkiem czasu, ale raczej był momentem symetrii. W tej idei przed Wielkim Wybuchem istniał inny wszechświat, identyczny z tym, ale z entropią rosnącą w przeszłość, a nie w przyszłość.
Rosnąca entropia lub wzrost nieporządku w systemie jest zasadniczo strzałą czasu, powiedział Carroll, więc w tym lustrzanym wszechświecie czas biegłby przeciwnie do czasu we współczesnym wszechświecie, a nasz wszechświat byłby w przeszłości. Zwolennicy tej teorii sugerują również, że inne właściwości wszechświata byłyby przerzucane w tym wszechświecie lustrzanym. Na przykład fizyk David Sloan napisał na blogu naukowym University of Oxford Science, że asymetrie w cząsteczkach i jonach (zwane chiralnościami) byłyby w przeciwnych orientacjach niż w naszym wszechświecie.
Powiązana teoria utrzymuje, że Wielki Wybuch nie był początkiem wszystkiego, ale raczej momentem, w którym wszechświat przeszedł z okresu kurczenia się w okres ekspansji. To pojęcie „Big Bounce” sugeruje, że mogą istnieć nieskończone Wielkie Grzywki, gdy wszechświat rozszerza się, kurczy i ponownie rozszerza. Problem z tymi pomysłami, powiedział Carroll, polega na tym, że nie ma wyjaśnienia, dlaczego ani w jaki sposób rozszerzający się wszechświat kurczy się i powraca do stanu niskiej entropii.
Carroll i jego koleżanka Jennifer Chen mają własną wizję sprzed Wielkiego Wybuchu. W 2004 r. Fizycy zasugerowali, że być może wszechświat, jaki znamy, jest potomkiem wszechświata macierzystego, z którego oderwało się trochę czasoprzestrzeni.
To jak rozkładające się jądro radioaktywne, Carroll powiedział: Kiedy jądro rozpada się, wyrzuca cząstkę alfa lub beta. Wszechświat macierzysty mógłby zrobić to samo, tyle że zamiast cząstek wyrzuca wszechświaty dziecięce, być może w nieskończoność. „To tylko fluktuacja kwantowa, która pozwala na to” - powiedział Carroll. Te dziecięce wszechświaty są „dosłownie równoległymi wszechświatami”, powiedział Carroll, i nie wchodzą w interakcje ani nie wpływają na siebie nawzajem.
Jeśli to wszystko brzmi raczej potrójnie, to znaczy, że - ponieważ naukowcy nie mają jeszcze sposobu, aby spojrzeć nawet na moment Wielkiego Wybuchu, a tym bardziej na to, co było przed nim. Carroll powiedział jednak, że jest miejsce do zbadania. Wykrywanie fal grawitacyjnych na podstawie potężnych zderzeń galaktycznych w 2015 r. Otwiera możliwość wykorzystania tych fal do rozwiązania podstawowych zagadek dotyczących ekspansji wszechświatów w tej pierwszej kluczowej sekundzie.
Carroll powiedział, że fizycy teoretyczni też mają coś do zrobienia, na przykład dokładniejsze przewidywanie, jak mogą działać siły kwantowe, takie jak grawitacja kwantowa.
„Nie wiemy nawet, czego szukamy - powiedział Carroll - dopóki nie opracujemy teorii”.
