Teorētiskajiem fiziķiem un kosmologiem jāmeklē atbildes uz būtiskākajiem jautājumiem: "Kāpēc mēs esam šeit?", "Kad parādījās Visums?" un "Kā tas notika?" Tomēr, neskatoties uz acīmredzamo atbildes atrašanas nozīmi uz šiem jautājumiem, ir jautājums, kas tos visus aizēno ar savu interesi: "Kas notika pirms Lielā sprādziena?"
Būsim godīgi: mēs nevaram atbildēt uz šo jautājumu. Neviens nevar. Bet galu galā neviens neaizliedz spekulēt par šo tēmu un apsvērt vairākus interesantus pieņēmumus? Tam piekrīt, piemēram, Šons Kerols no Kalifornijas Tehnoloģiju institūta. Pagājušajā mēnesī Kerols piedalījās divreiz gadā notiekošajā Amerikas Astronomijas biedrības sanāksmē, kur viņš piedāvāja vairākus "pirmssprādzienbīstamus" scenārijus, kuru "pēdējais akords" varētu būt mūsu Visuma parādīšanās. Arī šīs ir tikai spekulācijas, nevis teorija, tāpēc, lūdzu, paturiet to prātā.
"Tajā laikā, tā teikt, mums zināmie fizikas likumi vēl nebija spēkā, jo" toreiz "vēl nebija," saka Kerols.
Kad fiziķi saka, ka viņiem nav ne jausmas, kas toreiz notika, viņi to saka ar visu nopietnību. Šis vēstures segments ir absolūti necaurejamā tumsā,”piekrīt Pīters Voits, Kolumbijas universitātes teorētiskais fiziķis.
Viena no visuma dīvainākajām īpašībām ir tā, ka tai ir ļoti zems entropijas līmenis. Šo terminu ir daudz interpretāciju, taču šajā gadījumā mēs runājam par traucējumu pakāpi. Un Visuma gadījumā tajā ir vairāk kārtības nekā nekārtību. Iedomājieties bumbu, kas piepildīta ar smiltīm. Bumba eksplodē, un tajā esošie miljardi miljardu smilšu graudu izkliedējas dažādos virzienos - patiesībā jūsu priekšā ir Lielā sprādziena paraugs.
"Tikai gaidītās haotiskās izkliedes vietā šie smilšu graudi, kas pārstāv mūsu Visuma matēriju, nekavējoties pārvēršas par daudzām gatavām" smilšu pilīm ", kas veidojas neskaidri, kā un bez ārējas palīdzības," saka Stīvens Countryman, Kolumbijas universitātes maģistrants.
Lielā sprādziena rezultāts varēja būt (un, iespējams, arī tam vajadzēja) būt augsta masas entropijas rašanās nevienmērīgi sadalītas matērijas veidā. Tā vietā mēs tomēr redzam savstarpēji savienotas zvaigžņu sistēmas, galaktikas un veselas galaktiku kopas. Mēs redzam kārtību.
Turklāt ir svarīgi saprast, ka entropija jeb nekārtība laika gaitā var tikai palielināties - tā pati smilšu pils agri vai vēlu un bez ārējas palīdzības atkal sadalīsies daudzos smilšu graudos. Turklāt, kā norāda Kerols, mūsu laika novērošana ir tieši saistīta ar entropijas līmeni kopš Visuma sākuma. Tajā pašā laikā pašu entropiju var uzskatīt par sava veida no laika atkarīgu fizisko īpašību, kurai ir tikai viens kustības virziens - uz nākotni.
Reklāmas video:
Tātad, entropija saskaņā ar fizikas likumiem var tikai pieaugt, taču tās pašreizējais līmenis Visumā ir ļoti zems. Pēc Kerola domām, tas var nozīmēt tikai vienu: agrīnajam Visumam bija vēl zemāks tā līmenis, tas ir, Visumam vajadzēja būt vēl sakārtotākam un sakārtotākam. Un tas, savukārt, var radīt ideju par to, kas faktiski notika ar mūsu Visumu pirms paša Lielā sprādziena.
“Ir daudzi cilvēki, kuri uzskata, ka agrīnais Visums bija ļoti vienkārša, neinteresanta un neizteiksmīga sistēma. Tomēr, tiklīdz jūs saistāt entropiju ar šo jautājumu, perspektīva nekavējoties mainās, un jūs saprotat, ka šajā gadījumā ir lietas, kas jāizskaidro,”turpina Kerols.
Pat ja mēs noliksim malā entropiju, tad mums būs arī citi tikpat svarīgi aspekti, kas kaut kā jāpielāgo mūsu pašreizējam Visumam, kurā mēs dzīvojam. Turklāt dažos gadījumos zems entropijas līmenis šķiet mazāk nozīmīgs nekā citos. Tāpēc mēs centīsimies apsvērt trīs populārākos pieņēmumus par to, kas varēja notikt ar Visumu pirms Lielā sprādziena.
Lielā atsitiena modelis
Saskaņā ar vienu no hipotēzēm mūsu Visuma zemais entropijas līmenis ir saistīts ar faktu, ka pats tā parādīšanās bija kāda "iepriekšējā" Visuma sadalīšanās rezultāts. Šī hipotēze saka, ka mūsu Visums varētu būt izveidojies straujas saspiešanas ("atlēciena") rezultātā, ko vadīja sarežģīti kvantu gravitācijas (singularitātes) efekti, kas savukārt radīja Lielo sprādzienu. Savukārt tas var liecināt par to, ka mēs varam dzīvot ar vienādiem panākumiem gan jebkurā brīdī bezgalīgajā topošo Visumu secībā, gan otrādi - Visuma “pirmajā atkārtojumā”.
Šo hipotētisko Visuma rašanās modeli dažreiz sauc par "Lielā atlēciena" modeli. Pirmais šī termina pieminējums skan jau 60. gados, taču vairāk vai mazāk izveidota hipotēze šis modelis pārvērtās tikai 80. gados - 90. gadu sākumā.
Starp mazāk pretrunīgajiem punktiem Big Bounce modelim ir skaidri trūkumi. Piemēram, ideja par sabrukumu vienskaitlī ir pretrunā ar Einšteina vispārējās relativitātes teoriju - noteikumiem, pēc kuriem darbojas gravitācija. Fiziķi uzskata, ka singularitātes efekts var pastāvēt melno caurumu iekšienē, taču mums zināmie fiziskie likumi nespēj mums nodrošināt mehānismu, lai izskaidrotu, kāpēc “citam Visumam”, sasniedzot singularitāti, vajadzētu izraisīt Lielo sprādzienu.
"Nekas vispārējā relativitātes rādītājā neliecina par jaunā Visuma" atlēcienu "singularitātes rezultātā," saka Šons Kerols.
Tomēr tas nav vienīgais lielais strīdīgais punkts. Fakts ir tāds, ka Big Bounce modelis nozīmē taisnas līnijas laika norisi ar samazinātu entropiju, tomēr, kā minēts iepriekš, entropija ar laiku tikai palielinās. Citiem vārdiem sakot, saskaņā ar mums zināmiem fizikas likumiem, veselīga Visuma parādīšanās nav iespējama.
Turpmāka modeļa attīstība izraisīja hipotēzes parādīšanos, ka laiks Visumā var būt ciklisks. Bet tajā pašā laikā modelis joprojām nespēj izskaidrot, kā pašreizējo Visuma paplašināšanos aizstās tās saraušanās. Tomēr tas nenozīmē, ka Big Bounce modelis ir pilnīgi nepareizs. Iespējams, ka mūsu pašreizējās teorijas par to ir vienkārši nepilnīgas un nav līdz galam pārdomātas. Galu galā fizikas likumi, kas mums tagad ir, tika atvasināti no robežas, saskaņā ar kuru mēs spējam novērot Visumu.
Miega Visuma modelis
"Iespējams, ka pirms Lielā sprādziena Visums bija ļoti kompakta, lēnām attīstoša statiskā telpa," teoretizē tādi fiziķi kā Kurts Hinterbihlers, Ostins Džoiss un Džastins Khourijs.
Šim "pirmssprādzienbīstamajam" Visumam bija jābūt metastabilam stāvoklim, tas ir, tam jābūt stabilam, līdz parādījās vēl stabilāks stāvoklis. Pēc analoģijas iedomājieties klinti, kuras malā laukakmens atrodas vibrācijas stāvoklī. Jebkurš kontakts ar laukakmeni novedīs pie tā, ka tas iekrīt bedrē vai - kas ir tuvāk mūsu gadījumam - Lielajam sprādzienam. Saskaņā ar dažām teorijām "pirmssprādzienbīstams" Visums varētu pastāvēt citā formā, piemēram, saplacinātas un ļoti blīvas telpas formā. Rezultātā šis metastabilais periods beidzās: tas dramatiski paplašinājās un ieguva tagad redzamā formu un stāvokli.
"Tomēr miega Visuma modelim ir arī savas problēmas," saka Kerols.
"Tas arī pieņem, ka mūsu Visumam ir zems entropijas līmenis, un tas nepaskaidro, kāpēc tas tā ir."
Tomēr Hinterbičlers, Case Western Reserve University teorētiskais fiziķis, zemas entropijas rašanos neuzskata par problēmu.
Mēs tikai meklējam skaidrojumu par dinamiku, kas notika pirms Lielā sprādziena, kas izskaidro, kāpēc mēs redzam to, ko redzam tagad. Pagaidām mums tas ir vienīgais, kas palicis pāri,”saka Hinterbičlers.
Kerols tomēr uzskata, ka ir vēl viena "pirmssprādzienbīstama" Visuma teorija, kas var izskaidrot mūsu Visumā pastāvošo zemo entropijas līmeni.
Multiverses modelis
Jaunu Visumu parādīšanās no "vecāku Visuma"
Hipotētiskais multiverses modelis ļauj izvairīties no Big Bounce modeļa entropijas samazināšanās atturības un sniedz skaidrojumu par tā zemo līmeni šodien, saka Kerols. Tas rodas no idejas par "inflāciju" - labi pieņemtu, bet nepilnīgu Visuma modeli. Terminu "inflācija" un pirmo šī modeļa skaidrojumu 1981. gadā ierosināja fiziķis Alans Guts, kurš šobrīd atrodas Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtā. Saskaņā ar šo modeli telpa pēc Lielā sprādziena ir dramatiski paplašinājusies. Tik dramatiski, ka šīs izplešanās ātrums bija lielāks nekā gaismas ātrums. Saskaņā ar kvantu mehāniku, telpā pastāvīgi notiek nejaušas, smalkas enerģijas svārstības. Kādā brīdī inflācijas periodā šo svārstību maksimumi sasniedza maksimumu un izraisīja galaktiku parādīšanos,tukšumi un liela mēroga zemas entropijas struktūras, kuras mēs šodien novērojam Visumā.
Pats inflācijas modelis tika izstrādāts, pamatojoties uz kosmiskā mikroviļņu fona starojuma novērojumiem - vecāko starojuma veidu, kas parādījās tikai dažus simtus tūkstošus gadu pēc Lielā sprādziena. Zinātnieki uzskata, ka inflācijas modelis lieliski paredz tā pastāvēšanu.
Viena no hipotēzēm ir tā, ka multiverse varētu būt inflācijas rezultāts. Pieņēmums saka, ka pastāv viens ļoti, ļoti liels Visums, kas laiku pa laikam rada kompaktākus Visumus. Turklāt nekāda saziņas forma starp šiem Visumiem nav iespējama. PBS Nova Markus Wu skaidro:
“80. gadu sākumā fiziķi nonāca pie secinājuma, ka inflācijai var būt bezgalības raksturs, tā apstājas tikai dažos kosmosa reģionos, radot kaut kādas slēgtas“kabatas”. Tomēr starp šīm "kabatām" inflācija turpinās, un tā plūst ātrāk nekā gaismas ātrums. Savukārt izolētas viena no otras "kabatas" galu galā kļūst par Visumiem ".
Kerolu visvairāk iespaido šis modelis, lai gan viņa paša piedāvātais modelis nedaudz atšķiras no iepriekš aprakstītā:
"Šī ir tikai viena multiverses teorijas versija, taču galvenā atšķirība šeit ir tā, ka" vecāku Visumam "var būt augsts entropijas līmenis un nārsto Visumus ar zemu entropijas līmeni," saka Kerols.
Saskaņā ar šo modeli pirms Lielā sprādziena bija sava veida plaša paplašināšanās telpa, no kuras dzima mūsu un bezgalīgi daudz citu Visumu. Citi Visumi ir ārpus mūsu spējām tos atklāt un varēja veidoties gan pirms, gan pēc mūsu Visuma.
Jāatzīmē, ka šobrīd šis ir viens no populārākajiem modeļiem. Neskatoties uz to, zinātnieki, protams, to uztver atšķirīgi. Daži atbalsta šo ideju, citi, gluži pretēji, tam pilnīgi nepiekrīt. Bet, ja mēs par piemēru ņemam Pīteru Voitu no Kolumbijas universitātes, tad, lai gan no universālās zinātnes viedokļa tā izskatās ļoti pievilcīga, fiziķus var padarīt slinkus un likt pārstāt meklēt atbildes uz visvienkāršākajiem jautājumiem, piemēram, kāpēc fiziskās konstantes ir mūsu Visumā? tieši tādi, kādi tie ir - norakstot visu mainīgumu.
"Teorētiķi spekulē par bezgalīga daudzuma Visumu iespējamību, un galu galā mēs varam nākt klajā ar skaidriem modeļiem, kas var izskaidrot, kāpēc vērtības (piemēram, novēroto daļiņu pamatīpašības) katrā atsevišķā Visumā var atšķirties viena no otras," saka Voight. …
Voight baidās, ka kādu dienu galvenais zinātnes jautājums šajā jomā būs pamatojums par tēmu “cik mums paveicies būt šajā nejaušajā Visumā, kur viss notiek tā, nevis citādi, neskatoties uz bezgalīgajām iespējām, tāpēc atteiksimies no šī pasākuma ar teorijām.
Ko var rezumēt? Daudzi fiziķi saņem samaksu par strīdēšanos un grāmatu rakstīšanu, kurās viņi mēģina aprakstīt, kā Lielais sprādziens un "pirmssprādzienbīstamā" Visuma modelis var izskaidrot to, ko mēs šodien redzam, kaut arī viņi paši to nezina un tiešām nevar zināt. kāpēc tā ir. Patiesībā, lai gan gan matemātiskajos modeļos, gan paskaidrojumos ir nopietni vienkāršojumi, mēs neesam pietuvojušies pareizajai atbildei, un mums joprojām ir daudz argumentu par šo tēmu, līdz mēs nonākam pie vēlamā rezultāta.
“Ir svarīgi ne tikai izvirzīt teorijas un hipotēzes. Daudz svarīgāk ir cilvēkiem skaidri pateikt, ka patiesībā mēs paši vēl nesaprotam, par ko mēs runājam. Tas viss ir tikai pieņēmumu līmenī, taču es ceru, ka agri vai vēlu izdosies atrast pareizo atbildi, kas derēs visiem,”saka Kerols.
NIKOLAY KHIZHNYAK
