Vakuuma svārstības var izraisīt virtuālu proto-universu veidošanos, kuri noteiktos apstākļos spēj pāriet no virtuālā stāvokļa uz reālo.
Fiziķi daudzus gadus mēģināja izveidot gravitācijas kvantu teoriju - līdz šim diemžēl bez panākumiem. Gandrīz visi viņi piekrīt, ka šādai teorijai būtu jāapvieno Einšteina relativistiskā gravitācijas teorija ar kvantu mehāniku, un tas ir ļoti, ļoti grūts uzdevums.
Kvantu mehānika ar visiem tās paradoksiem tomēr apraksta objektu īpašības, kas pastāv neizliektā Ņūtona telpā. Nākotnes gravitācijas teorijai vajadzētu paplašināt varbūtības kvantu-mehāniskos likumus līdz pašas telpas (precīzāk, telpas-laika) īpašībām, kas deformētas saskaņā ar vispārējās relativitātes teorijas vienādojumiem. Kā to izdarīt, izmantojot stingrus matemātiskos aprēķinus, pagaidām neviens īsti nezina.
Aukstā dzimšana
Tomēr iespējas izveidot šādu savienību var pārdomāt kvalitatīvā līmenī, un šeit parādās ļoti interesantas perspektīvas. Vienu no tiem uzskatīja slavenais kosmologs, Arizonas universitātes profesors Lawrence Krauss savā nesen publicētajā grāmatā "A Universe No Nothing" ("Universe no nekā"). Viņa hipotēze izskatās fantastiski, bet nekādā gadījumā nav pretrunā ar izveidotajiem fizikas likumiem.
Tiek uzskatīts, ka mūsu Visums radās ļoti karstā sākotnējā stāvoklī, kura temperatūra bija 1032 kelvini. Tomēr Visumu auksto dzimšanu ir iespējams iedomāties no tīra vakuuma - precīzāk, no tā kvantu svārstībām. Ir labi zināms, ka šādas svārstības rada ļoti daudz virtuālu daļiņu, kas burtiski radās no nekā un vēlāk pazuda bez pēdām. Pēc Krausa teiktā, vakuuma svārstības principā var radīt vienlīdz īslaicīgus protouniversālus, kas noteiktos apstākļos no virtuālā stāvokļa pāriet reālā stāvoklī.
Reklāmas video:
Visums bez enerģijas
Kas tam ir vajadzīgs? Pirmais un galvenais nosacījums ir tāds, ka topošā Visuma embrija kopējai enerģijai jābūt nullei. Šajā gadījumā tas nav tikai lemts gandrīz tūlītējai pazušanai, bet, gluži pretēji, var pastāvēt patvaļīgi ilgu laiku. Tas ir saistīts ar faktu, ka saskaņā ar kvantu mehāniku objekta enerģijas nenoteiktības reizinājums ar nenoteiktību tā kalpošanas laikā nedrīkst būt mazāks par gala vērtību - Planka konstanci.
Būtisko mijiedarbību atdalīšana mūsu agrīnajā Visumā bija fāzes pārejas raksturs. Ļoti augstā temperatūrā fundamentālā mijiedarbība tika apvienota, bet, atdziestot zem kritiskās temperatūras, atdalīšanās nenotika (to var salīdzināt ar ūdens pārdzesēšanu). Tajā brīdī ar apvienošanos saistītā skalārā lauka enerģija pārsniedza Visuma temperatūru, kas laukam piešķīra negatīvu spiedienu un izraisīja kosmoloģisko inflāciju. Visums sāka ļoti strauji izplesties, un simetrijas pārrāvuma brīdī (aptuveni 1028 K temperatūrā) tā izmēri pieauga 1050 reizes. Šajā brīdī izzuda arī skalārs lauks, kas saistīts ar mijiedarbību apvienošanu, un tā enerģija tika pārveidota par turpmāku Visuma paplašināšanos.
Tiklīdz objekta enerģija ir stingri vienāda ar nulli, tā ir zināma bez jebkādām neskaidrībām, un tāpēc tā dzīves laiks var būt bezgalīgi ilgs. Šī efekta dēļ divi lādēti ķermeņi, kas atrodas ļoti lielos attālumos, tiek pievilkti vai atgrūsti viens no otra. Viņi mijiedarbojas, apmainoties ar virtuālajiem fotoniem, kas nulles masas dēļ izkliedējas jebkurā attālumā. Gluži pretēji, mērierīču vektora bozoni ar vāju mijiedarbību lielās masas dēļ pastāv tikai apmēram 10-25 sekundes, kā rezultātā šīm mijiedarbībām ir ļoti mazs rādiuss.
Kāda veida Visums, kaut arī embrionāls, ar nulles enerģiju? Kā profesore Krauss paskaidroja populārajai mehānikai, tajā nav nekā mistiska: “Šāda Visuma enerģiju veido daļiņu un starojuma pozitīvā enerģija (un, iespējams, arī skalārā vakuuma lauki) un negatīvā potenciālā gravitācijas enerģija. Viņu summa var būt vienāda ar nulli - matemātika to atļauj. Tomēr ir ļoti svarīgi, lai šāds enerģijas bilance būtu iespējama tikai slēgtās pasaulēs, kuru telpai ir pozitīvs izliekums. Plakaniem un vēl atvērtākiem Visumiem šāda īpašība nav”.
Fāzes pāreja notika Visuma evolūcijā trīs reizes: temperatūrā no 10 līdz 28 grādiem K (sadalījās mijiedarbību lielā vienotība), no 10 līdz 15 grādiem K (elektropreces mijiedarbības sabrukums) un 10 līdz 12 grādiem K (kvarki sāka apvienoties hadronos).
Inflācijas brīnumi
Kas notiek, ja vakuuma kvantu svārstības rada virtuālu Visumu ar nulles enerģiju, kurš kvantu iespēju dēļ ir saņēmis zināmu laiku dzīvībai un evolūcijai? Tas ir atkarīgs no tā sastāva. Ja Visuma telpa ir piepildīta ar matēriju un starojumu, tā vispirms paplašināsies, sasniegs maksimālo izmēru un sabruks gravitācijas sabrukumā, ja tā būs pastāvējusi tikai niecīga sekundes daļa. Cits jautājums, vai kosmosā ir skalārie lauki, kas var izraisīt inflācijas paplašināšanās procesu. Ir scenāriji, kuros šī paplašināšanās ne tikai novērš "burbuļa" Visuma gravitācijas sabrukumu, bet arī pārvērš to gandrīz plakanā un neierobežotā pasaulē. Tādējādi arī viņas dzīves laiks aug neizmērojami - gandrīz līdz bezgalībai. Tādējādiniecīgs virtuālais visums kļūst diezgan reāls - milzīgs un ilgstošs. Pat ja tā vecums ir ierobežots, tas var ievērojami pārsniegt pašreizējo mūsu Visuma vecumu. Tāpēc zvaigznes un zvaigžņu kopas, planētas un pat tas, par ko ellē nejoko, tur var parādīties inteliģenta dzīve. Pilnvērtīgs Visums, kas radās burtiski no nekā - tie ir brīnumi, uz kuriem inflācija ir spējīga!
Aleksejs Levins