Co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem?

Powszechnie uważa się, że Wielki Wybuch to początek wszystkiego: około 13,8 miliarda lat temu nastąpił obserwowalny wszechświat Bum i rozwinął się do istnienia.

Ale jak wyglądały rzeczy przed Wielkim Wybuchem?

Krótka odpowiedź: nie wiemy. Długa odpowiedź: mogło to być wiele rzeczy, a każda z nich na swój własny sposób. [Jak masywna jest Droga Mleczna?]

Na początku

Pierwszą rzeczą do zrozumienia jest to, czym właściwie był Wielki Wybuch.

„Wielki Wybuch to moment w czasie, a nie punkt w przestrzeni” - powiedział Sean Carroll, fizyk teoretyczny z California Institute of Technology i autor książki „The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning and the Universe Itself” (Dutton, 2016).

Dlatego możliwe jest, że wszechświat w Wielkim Wybuchu był malutki lub nieskończenie duży, powiedział Carroll, ponieważ nie ma sposobu, aby spojrzeć w przeszłość na rzeczy, których nawet dzisiaj nie możemy zobaczyć. Wszystko, co tak naprawdę wiemy, to to, że był bardzo, bardzo gęsty i że bardzo szybko stał się mniej gęsty.

W rezultacie tak naprawdę nie ma niczego poza wszechświatem, ponieważ wszechświat jest z definicji wszystkim. Tak więc podczas Wielkiego Wybuchu wszystko było gęstsze i gorętsze niż jest teraz, ale nie było tego „z zewnątrz” bardziej niż dzisiaj. Jakkolwiek kuszące jest spojrzenie na boskość i wyobrażenie sobie, że można stać w pustce i patrzeć na pomarszczony dziecięcy wszechświat tuż przed Wielkim Wybuchem, to byłoby niemożliwe, powiedział Carroll. Wszechświat nie rozszerzył się w przestrzeń; przestrzeń się rozszerzyła.

"Bez względu na to, gdzie jesteś we wszechświecie, jeśli prześledzisz 14 miliardów lat wstecz, dojdziesz do punktu, w którym był niezwykle gorący, gęsty i szybko się rozszerzał" - powiedział.

Nikt nie wie dokładnie, co działo się we wszechświecie aż do 1 sekundy po Wielkim Wybuchu, kiedy Wszechświat ostygł na tyle, że protony i neutrony zderzyły się i skleiły ze sobą. Wielu naukowców uważa, że ​​wszechświat przeszedł przez tę pierwszą sekundę proces wykładniczej ekspansji zwany inflacją. To wygładziłoby strukturę czasoprzestrzeni i mogłoby wyjaśnić, dlaczego materia jest dziś tak równomiernie rozmieszczona we Wszechświecie.

Przed hukiem

Możliwe, że przed Wielkim Wybuchem wszechświat był nieskończonym odcinkiem ultra-gorącej, gęstej materii, utrzymującej się w stanie ustalonym, aż z jakiegoś powodu nastąpił Wielki Wybuch. Ten wyjątkowo gęsty wszechświat mógł być rządzony przez mechanikę kwantową, fizykę na bardzo małą skalę, powiedział Carroll. Zatem Wielki Wybuch reprezentowałby moment, w którym fizyka klasyczna przejęła rolę głównego motoru ewolucji wszechświata. [Co to jest mechanika kwantowa?]

Dla Stephena Hawkinga liczyła się tylko ta chwila: powiedział, że przed Wielkim Wybuchem wydarzenia są niemierzalne, a zatem nieokreślone. Hawking nazwał to propozycją braku granic: czas i przestrzeń, powiedział, są skończone, ale nie mają żadnych granic ani punktów początkowych ani końcowych, tak samo jak planeta Ziemia jest skończona, ale nie ma krawędzi.

„Ponieważ wydarzenia przed Wielkim Wybuchem nie mają żadnych konsekwencji obserwacyjnych, równie dobrze można odciąć je od teorii i powiedzieć, że czas zaczął się od Wielkiego Wybuchu” - powiedział w wywiadzie dla programu National Geographic „StarTalk” w 2018 roku..

A może przed Wielkim Wybuchem było coś jeszcze, nad czym warto się zastanowić. Jeden z pomysłów jest taki, że Wielki Wybuch nie jest początkiem czasu, ale raczej momentem symetrii. W tym pomyśle, przed Wielkim Wybuchem, istniał inny wszechświat, identyczny z tym, ale z entropią rosnącą w kierunku przeszłości zamiast w kierunku przyszłości.

Rosnąca entropia lub rosnący nieporządek w systemie jest zasadniczo strzałą czasu, powiedział Carroll, więc w tym lustrzanym wszechświecie czas przebiegałby przeciwnie do czasu we współczesnym wszechświecie, a nasz wszechświat byłby w przeszłości. Zwolennicy tej teorii sugerują również, że inne właściwości wszechświata zostałyby odwrócone w tym lustrzanym wszechświecie. Na przykład fizyk David Sloan napisał na blogu naukowym University of Oxford, że asymetrie w cząsteczkach i jonach (zwane chiralnościami) byłyby w odwrotnej orientacji do tego, czym są w naszym wszechświecie.

Podobna teoria głosi, że Wielki Wybuch nie był początkiem wszystkiego, ale raczej momentem, w którym wszechświat przeszedł z okresu kurczenia się do okresu ekspansji. To pojęcie „Wielkiego Odbicia” sugeruje, że mogą istnieć nieskończone Wielkie Wybuchy, gdy wszechświat rozszerza się, kurczy i ponownie rozszerza. Problem z tymi pomysłami, powiedział Carroll, polega na tym, że nie ma wyjaśnienia, dlaczego ani jak rozszerzający się wszechświat skurczyłby się i powrócił do stanu o niskiej entropii..

Carroll i jego koleżanka Jennifer Chen mają własną wizję sprzed Wielkiego Wybuchu. W 2004 roku fizycy zasugerowali, że być może wszechświat, jaki znamy, jest potomkiem wszechświata macierzystego, z którego oderwała się trochę czasoprzestrzeni..

To jak rozpadające się radioaktywne jądro, Carroll powiedział: Kiedy jądro rozpada się, wypluwa cząstkę alfa lub beta. Wszechświat macierzysty mógłby zrobić to samo, z wyjątkiem tego, że zamiast cząstek wypluwa wszechświaty dzieci, być może w nieskończoność. „To tylko fluktuacja kwantowa, która na to pozwala” - powiedział Carroll. Te wszechświaty dzieci są „dosłownie wszechświatami równoległymi” - powiedział Carroll i nie oddziałują na siebie ani na siebie nie wpływają.

Jeśli to wszystko brzmi dość dziwacznie, to właśnie tak - ponieważ naukowcy nie mają jeszcze sposobu, aby spojrzeć wstecz nawet na moment Wielkiego Wybuchu, a tym bardziej na to, co było przed nim. Ale jest miejsce do zbadania, powiedział Carroll. Wykrycie fal grawitacyjnych z potężnych zderzeń galaktycznych w 2015 roku otwiera możliwość, że fale te mogą zostać użyte do rozwiązania fundamentalnych zagadek dotyczących ekspansji wszechświatów w tej pierwszej kluczowej sekundzie.

Carroll powiedział, że fizycy teoretyczni również mają wiele do zrobienia, na przykład dokładniejsze przewidywania dotyczące działania sił kwantowych, takich jak grawitacja kwantowa..

„Nie wiemy nawet, czego szukamy” - powiedział Carroll - „dopóki nie mamy teorii”.

• Dlaczego Ziemia się obraca?
• Jak Droga Mleczna zyskała swoją nazwę?
• Czarne dziury są niesamowite. Dlaczego ich imiona są zwykle tak nudne?

Pierwotnie opublikowano w dniu .