Badacze opracowali model kurczącego się wszechświata, który istniał przed Wielkim Wybuchem. Kliknij, aby powiększyć
Wielki Wybuch opisuje, jak Wszechświat powstał jako pojedynczy punkt 13,7 miliarda lat temu i od tego czasu się rozwija, ale nie wyjaśnia, co stało się wcześniej. Naukowcy z Penn State University uważają, że w naszym obecnym wszechświecie powinny znajdować się ślady dowodów, które mogłyby spoglądać wstecz przed Wielkim Wybuchem. Według ich badań istniał wszechświat kurczący się o podobnej geometrii czasoprzestrzennej do naszego rozszerzającego się wszechświata. Wszechświat upadł, a następnie „odbił się” jako Wielki Wybuch.
Według ogólnej teorii względności Einsteina Wielki Wybuch reprezentuje Początek, wielkie wydarzenie, na którym narodziła się nie tylko materia, ale i sama czasoprzestrzeń. Chociaż klasyczne teorie nie dostarczają żadnych wskazówek na temat istnienia przed tym momentem, zespół badawczy z Penn State wykorzystał kwantowe obliczenia grawitacyjne do znalezienia wątków prowadzących do wcześniejszego czasu. „Ogólną teorię względności można wykorzystać do opisania wszechświata z powrotem do punktu, w którym materia staje się tak gęsta, że jej równania się nie utrzymują”, mówi Abhay Ashtekar, właściciel katedry rodziny Eberly w fizyce i dyrektor Instytutu Fizyki Grawitacyjnej i geometria w Penn State. „Poza tym musieliśmy zastosować narzędzia kwantowe, które nie były dostępne dla Einsteina”. Łącząc fizykę kwantową z ogólną teorią względności, Ashtekar i dwaj jego doktoranci, Tomasz Pawłowski i Parmpreet Singh, byli w stanie opracować model, który śledzi Wielki Wybuch do kurczącego się wszechświata, który wykazuje fizykę podobną do naszej.
W badaniach opisanych w bieżącym numerze Physical Review Letters zespół wykazał, że przed Wielkim Wybuchem istniał kurczący się wszechświat o geometrii czasoprzestrzennej, który inaczej jest podobny do obecnego rozszerzającego się wszechświata. Gdy siły grawitacyjne wciągnęły ten poprzedni wszechświat do wewnątrz, osiągnęły punkt, w którym kwantowe właściwości czasoprzestrzeni powodują, że grawitacja staje się odpychająca, a nie atrakcyjna. „Stosując kwantowe modyfikacje kosmologicznych równań Einsteina, pokazaliśmy, że zamiast klasycznego Wielkiego Wybuchu faktycznie istnieje odbicie kwantowe”, mówi Ashtekar. „Byliśmy tak zaskoczeni odkryciem, że istnieje inny klasyczny wszechświat sprzed Wielkiego Wybuchu, że powtarzaliśmy symulacje z różnymi wartościami parametrów przez kilka miesięcy, ale stwierdziliśmy, że scenariusz Big Bounce jest solidny”.
Chociaż wcześniej zaproponowano ogólną ideę innego wszechświata istniejącego przed Wielkim Wybuchem, jest to pierwszy opis matematyczny, który systematycznie ustanawia jego istnienie i wywodzi właściwości geometrii czasoprzestrzennej w tym wszechświecie.
Zespół badawczy zastosował pętlową grawitację kwantową, wiodące podejście do problemu unifikacji ogólnej teorii względności z fizyką kwantową, które zostało również pionierem w Penn State Institute of Gravitational Physics and Geometry. W tej teorii sama geometria czasoprzestrzenna ma dyskretną strukturę „atomową”, a znajome kontinuum jest jedynie przybliżeniem. Tkanina kosmiczna jest dosłownie utkana przez jednowymiarowe nici kwantowe. W pobliżu Wielkiego Wybuchu ta tkanina jest gwałtownie rozrywana, a kwantowa natura geometrii staje się ważna. Powoduje, że grawitacja silnie odpycha, powodując Wielkie Odbicie.
„Nasza wstępna praca zakłada jednorodny model naszego wszechświata”, mówi Ashtekar. „Jednak dało nam to zaufanie do podstawowych idei grawitacji kwantowej w pętli. Będziemy nadal udoskonalać ten model, aby lepiej przedstawić wszechświat, jaki znamy i lepiej zrozumieć cechy grawitacji kwantowej. ”
Badania były sponsorowane przez National Science Foundation, Alexander von Humboldt Foundation i Penn State Eberly College of Science.
Oryginalne źródło: PSU News Release
