Visumam bija sākums. Bet kur tas sākās? Par ko jūs kļuvāt sākumā? Mēs zinām, ka viss sākās ar diezgan strauju izplešanos un beidzās ar lielu skaitu galaktiku, kas veidotas no mazām daļiņām. Bet kas notika pirms tam? Kādi bija fizikas likumi, kad viss sākās? Slavenie fiziķi Džeimss Hārtls un Stīvens Hokings pirms vairākām desmitgadēm piedāvāja vairākas atbildes uz šiem jautājumiem. Jauns citas fiziķu grupas darbs analizēja Hokinga un Hārtla populāro Lielā sprādziena ģeometrijas interpretāciju un nonāca nepatikšanās. Šie rezultāti izgaismo Visuma sākuma problēmu. Jauns šķērslis, kas būs jāpārvar visām nākotnes teorijām.
"Mēs centāmies veikt precīzāku aprēķinu un ieguvām citu risinājumu," stāsta Perimetra institūta maģistrants rezidents Job Feldbrügge. "Mūsu izmantotā teorija atklāj jaunu gaismu esošajai teorijai un parāda, ka tā var nedarboties tā, kā mēs gaidījām."
Zinātnieki parasti cenšas izprast Visuma sākumu, aplūkojot Einšteina gravitācijas likumus, kurus sauc par vispārējo relativitāti, un spēlējot tos atpakaļ. Galu galā viņi vēlas nokļūt līdz vietai, kur Visums bija ļoti mazs. Bet visinteresantākie jautājumi rodas par to, kā izskatījās jaunais Visums, vai tas bija pietiekami mazs, lai pakļautos kvantu mehānikas likumiem, kas regulē mazākās daļiņas, atomus un fotonus.
Ir vairāki veidi, kā sākt tādu Visumu kā mūsējais. Varbūt, pēc Hokinga un Hārtla domām, šis kondensētais Visums bija tikai viens punkts telpā ar īpašu kvantu stāvokli, tā saukto viļņu funkciju, kas to visu apraksta kvantu mehānikas valodā. Tad pienāca laiks. Filozofijai un reliģijai par šo tēmu ir jārunā daudz, bet matemātiķiem vajag tikai pildspalvu un papīru. Šis punktveida Visums attīstījās no vispārējās relativitātes matemātikas ar tā struktūrā iebūvētajām kvantu mehānikas sākotnējām īpašībām. Tādējādi šīm niecīgajām nejaušajām enerģijas svārstībām kosmosā straujas izplešanās - inflācijas - laikā būtu bijis jāpārvēršas liela mēroga blīvuma atšķirībās, kuras mēs novērojam mūsdienu Visumā ar galaktikām un tukšumiem. Hokinga un Hārtla teorija bija viens no vairākiem veidiem, kā atzīmēt Visuma sākumu bez singularitātes, nulles tilpuma punkta un bezgalīgas masas, kurai nebija lielas jēgas. Citas idejas, piemēram, Aleksandra Viļenkina piedāvātās, nenozīmē šo sākotnējo īpatnību.
Jauns raksts, kas nesen parādījās arXiv preprint serverī, ievieš problēmu. Aprēķinot Hokinga, Hārtlesa un Viļenkina matemātiku, jaunā komanda nesaņēma mazās kvantu svārstības, kas nepieciešamas šodienas Visuma radīšanai. Tā vietā šīs svārstības ir milzīgas un rada Visumu, kas pilnīgi atšķiras no mūsu.
"Mūsu veiktie aprēķini noved pie spēcīgiem gravitācijas viļņiem pēc Lielā sprādziena," saka Feldbrige - milzīgas svārstības paša laika laika formā. "Tas nevarēja novest pie tāda Visuma, kāds tas ir šodien. Aprēķini ir pretrunā ar redzamo."
Hārtlu īpaši neuztrauc Feldbruges komandas rezultāti. "Kosmoloģijā mums joprojām ir pārāk maz datu, salīdzinot ar to, kas tas varēja būt," viņš saka. "Tāpēc mēs darām visu iespējamo, lai atbalstītu teorijas daļu, kas vislabāk atbilst mūsu novērojumiem." Viņš uzskata jauno darbu par vēl vienu mēģinājumu mainīt spēli, piedāvājot vairāk informācijas un citu matemātisko ceļu, kuru zinātnieki var iet. "Pētniekiem ir tiesības izvēlēties, vai turpināt šo vai citu ideju."
Viņa komanda arī nesen publicēja citu dokumentu, kurā pārskatīja viņa paša matemātiku un parādīja, kāpēc viņa teorija joprojām darbojas.
Reklāmas video:
Tomēr Feldbruges un viņa komandas matemātika, šķiet, parāda, ka vienmērīga Visuma parādīšanās bez jebkādas singularitātes nav "iespēja". Viņu matemātika tieši apstrīd Hārtlu un Hokingu.
Kvantu mehānikas un vispārējās relativitātes sasaistīšana ar Visuma sākuma izskaidrošanu nav nedz jauna, nedz gandrīz atrisināta. Patiesībā šī ir viena no galvenajām problēmām, kuru mēģina atrisināt teorētiskie fiziķi, ņemot vērā tās nozīmi Visuma izcelsmes izpratnē, kad abi likumu kopumi tiek piemēroti vienā mērogā, un nozīmi melnajiem caurumiem, kuros gravitācija ir tik spēcīga, ka gaisma nevar viņu pamest.
Vissvarīgākais ir tas, ka Feldbrugge neuzskata, ka Visums, kas sākas ar kvantu mehānikas un relativitātes likumiem, varētu radīt nelielas svārstības, kas novestu pie tāda Visuma kā mūsu - viņš domā, ka jābūt kaut kam citam. "Nav skaidrs, kurš risinājums būs pēdējais variants," viņš saka.
Fiziķu viedokļi šajā jautājumā ir ļoti atšķirīgi. Prinstonas universitātes fizikas profesors Pols Šteinhards saka, ka jau tagad ir alternatīvi veidi, kā izvairīties no problēmām jaunā darbā, kā arī citas sūdzības par Hokinga-Hārtla modeli. Šis tā dēvētais neierobežotais modelis prasa dažus matemātiskus risinājumus, lai izveidotu tādu Visumu kā mūsējais.
“Kāda ir alternatīva? Atlēciens bez singularitātes,”viņš saka, atsaucoties uz modeli, kuru viņš izstrādā kopā ar Prinstonā bāzēto kosmoloģi Annu Idjas. Saskaņā ar šo modeli Visums sabrūk un pēc tam izvēršas mūsu pašu Visumā, ilgi pirms var sākt domāt par kvantu mehānikas sekām.
Sabīne Hosenfeldere, Frankfurtes progresīvo pētījumu institūta pētniece, nav pārliecināta par jaunajiem rezultātiem. “Vienīgais, ko varu secināt, ir tas, ka pirms šī darba uzrakstīšanas mēs nezinājām, kā Visums sākās. Un mēs to nezinājām pēc šī darba publicēšanas. Teorētiķi nopietni uztver matemātiku un ir veikuši šos aprēķinus ar laiku un telpu ilgi, pirms teleskopi tos apstiprinās. Vienīgais veids, kā droši zināt, kas notiek, ir eksperimentēšana.
Mūsdienās lielāko daļu šo teoriju var apstiprināt vai atspēkot ar novērojumiem par vecāko gaismu, kas ir nonākusi līdz mums, - kosmisko mikroviļņu fonu. Zinātnieki cer, ka viņu teoriju atziņas palīdzēs izolēt svarīgus parakstus no šiem datiem.
Vai ir iespējams pārbaudīt Feldbruges un viņa komandas darbu? Viņi tikai sāk darbu. Acīmredzot tā pārbaude prasīs daudz laika. Zinātniekiem galu galā ir jāizveido visums, kas līdzinās mūsējam. Bet šī procesa detaļas vēl nav noteiktas.
ILYA KHEL