Mis juhtus enne suurt põrutust?


Suure Paugu arvatakse üldiselt selle alguseks: umbes 13,8 miljardit aastat tagasi läks jälgitav universum buum ja laienenud.

Aga millised olid sellised asjad nagu Big Bang?

Lühike vastus: me ei tea. Kaua vastus: See oleks võinud olla palju asju, iga mõtteviis omal moel. [How Massive Is the Milky Way?]

Esimene asi, mida tuleb mõista, on see, mis tegelikult oli Big Bang.

"Big Bang on hetk hetk, mitte kosmoses," ütles Sean Carroll, California tehnoloogiainstituudi teoreetiline füüsik ja "Suure pildi: elu, tähenduse ja universumi enda" autor. (Dutton, 2016).

Niisiis, tühjendage väike tihe tihe aine, mis äkki plahvatab tühimikku. Ühest küljest ei pruugi universum Big Bangis olla eriti väike, ütles Carroll. Muidugi, kõik tänases vaadeldavas universumis – sfääris, mille läbimõõt on umbes 93 miljardit valgus aastat ja mis sisaldab vähemalt 2 triljonit galaktikat -, krampiti vähem kui sentimeetri kaugusele. Kuid maapinnad ei saa näha, et maapinnad ei näe, sest see on füüsiliselt võimatu 13,8 miljardi aasta jooksul nii kaugele sõita.

Seega on võimalik, et Big Bang'i universum oli väike või lõputult suur, ütles Carroll, sest pole mingit võimalust aegsasti tagasi vaadata, mida me täna isegi ei näe. Kõik, mida me tegelikult teame, on see, et see oli väga, väga tihe ja et see sai väga kiiresti tihedamaks.

Sellest tulenevalt pole tõesti midagi väljaspool universumit, sest universum on oma olemuselt kõike. Niisiis, Big Bang, kõik oli tihedam ja kuumem kui praegu, kuid seal ei olnud enam "välist", kui täna. Nagu ahvatlev, kui on võtta jumallik vaade ja kujutada ette, et sa võid seisma tühimas ja vaadelda naljatud beebimaailmast just enne Suure Paugu, oleks see võimatu, ütles Carroll. Universum ei laienenud kosmosesse; ruum ise laienenud.

"Ükskõik kus sa oled universumis, kui sa jälgi ennast 14 miljardi aasta tagant, jõuad sellele punktile, kus see oli äärmiselt kuum, tihe ja kiiresti laienev," ütles ta.

Keegi ei tea täpselt, mis universumis juhtub, kuni 1 sekund pärast Big Bangi, kui universum jahtus piisavalt, et prootonid ja neutronid põrkuksid kokku ja jääksid kokku. Paljud teadlased arvavad, et universum läbis eksponentsiaalse laienemise protsessi, mida nimetati inflatsiooniks selle esimese sekundi jooksul. See oleks kosmoseaja kanga siledaks muutnud ja võiks seletada, miks on ainus tänapäeval universumis nii ühtlaselt jaotunud.

On võimalik, et enne Suure Paugu oli universum ülimalt tihe materjal, mis püsis püsivas olekus, kuni mingil põhjusel juhtus Big Bang. Seda äärmiselt tihedat universumit võis reguleerida kvantmehaanika, äärmiselt väikese mõõtme füüsika, ütles Carroll. Siis oleks Big Bang esindanud hetke, mil klassikaline füüsika võttis üle universumi evolutsiooni peamise tõukejõuna. [What Is Quantum Mechanics?]

Stephen Hawkingi jaoks oli see hetk kõik see, mis oli oluline: enne Big Bangi ütles ta, et sündmused on mõõtmatud ja seega määratlemata. Hawking nimetas seda piiripunktiks: aeg ja ruum, ta ütles, on piiratud, kuid neil ei ole mingeid piire ega algus- ega lõpp-punkte, samamoodi nagu planeedil Maa on piiratud, kuid puudub serv.

"Kuna Big Bang'il ei ole sündmusi enne vaatluslikke tagajärgi, võib neid teooriast välja lõigata ja öelda, et aeg algas Big Bang'il," ütles ta 2018.

Või võib-olla oli Big Bangi ees midagi muud, mida tasub mõelda. Üks idee on, et Suure Paug ei ole aja algus, vaid pigem sümmeetria hetk. Selles mõttes, enne Suure Paugu, oli veel üks universum, mis on identne selle omaga, kuid entroopia suurenes mineviku suunas, mitte tuleviku poole.

Entropia suurenemine või süsteemis esineva häire suurenemine on sisuliselt aegade nool, Carroll ütles, nii et selles peegli universumis kuluks aeg tänapäeva universumis ajale vastupidiseks ja meie universum oleks minevikus. Selle teooria pooldajad viitavad ka sellele, et selles universumis peegelduvad universumi teised omadused. Näiteks kirjutas füüsik David Sloan Oxfordi teaduse blogi ülikoolis, et molekulide ja ioonide asümmeetria (nimetatakse kiraalsusteks) oleks vastupidises suunas meie universumis.

Seotud teooria leiab, et Big Bang ei olnud kõike algust, vaid pigem hetk, mil universum lülitub kokkutõmbumisperioodilt laienemisperioodile. See "Big Bounce" mõiste viitab sellele, et võib olla lõpmatuid Big Bangse, sest universum laieneb, sõlmib ja laieneb uuesti. Nende ideede probleem, Carroll ütles, on see, et pole mingit seletust, miks või kuidas laienev universum lepiks kokku ja naaseb madala entroopia olekusse.

Carrollil ja tema kolleegil Jennifer Chenil on oma Big Big Bang nägemus. 2004. aastal soovitasid füüsikud, et võib-olla universum, nagu me teame, on vanema universumi järeltulija, kellest natuke ruumi aega on rippunud.

See on nagu radioaktiivne tuum, mis laguneb, Carroll ütles: Kui tuum laguneb, sülitab see välja alfa- või beetaosakese. Vanem universum võiks teha sama asja, välja arvatud osakeste asemel, sülitab see lapsepõlved, võib-olla lõpmatuseni. "See on lihtsalt kvantivahetus, mis võimaldab sellel juhtuda," ütles Carroll. Need beebimaailmad on "sõna otseses mõttes paralleelsed universumid", ütles Carroll ning ei suhtle ega mõjuta üksteist.

Kui see kõik kõlab pigem kolmekordselt, siis see on – sest teadlastel ei ole veel võimalust suhelda tagasi isegi Big Bangi hetkeni, palju vähem sellest, mis selle ees oli. Carroll ütles siiski, et on võimalik uurida. Gravitatsioonilaine avastamine võimas galaktilistest kokkupõrgetest avab 2015. aastal võimaluse, et neid laineid saaks kasutada universumite laienemise põhiliste müsteeriumide lahendamiseks selles esimeses olulises sekundis.

Teoreetilistel füüsikutel on ka tööd, Carroll ütles, nagu teha täpsemaid prognoose selle kohta, kuidas kvantjõud, nagu kvant gravitatsioon, võivad töötada.

"Me ei tea isegi, mida me otsime," ütles Carroll, "kuni meil on teooria."

Algselt avaldatud Live Science.