na początku była nieskończenie gęsta, maleńka kula materii. Potem wszystko wybuchło, dając początek atomom, cząsteczkom, gwiazdom i galaktykom, które widzimy dzisiaj.
a przynajmniej tak mówią nam fizycy od kilkudziesięciu lat.
ale nowe badania fizyki teoretycznej niedawno ujawniły możliwe okno na bardzo wczesny wszechświat, pokazując, że może nie być „bardzo wcześnie”. Zamiast tego może to być tylko najnowsza iteracja cyklu bang-bounce, który trwa od … cóż, przynajmniej raz, a być może na zawsze.
Oczywiście, Zanim fizycy zdecydują się odrzucić Wielki Wybuch na rzecz cyklu odbijania się od niego, te teoretyczne przewidywania będą musiały przetrwać atak testów obserwacyjnych.
Skaczące kosmologie
naukowcy mają naprawdę dobry obraz bardzo wczesnego wszechświata, czegoś, co znamy i kochamy jako teorię Wielkiego Wybuchu. W tym modelu, dawno temu wszechświat był o wiele mniejszy, o wiele gorętszy i o wiele gęstszy niż jest dzisiaj. W tym wczesnym piekle, 13,8 miliarda lat temu, wszystkie elementy, które czynią nas tym, kim jesteśmy, powstały w ciągu kilkunastu minut.
jeszcze wcześniej myślano, że w pewnym momencie cały nasz wszechświat – wszystkie gwiazdy, wszystkie galaktyki, wszystko – był wielkości brzoskwini i miał temperaturę ponad kwadrylion stopni.
o dziwo ta fantastyczna historia trzyma się wszystkich aktualnych obserwacji. Astronomowie zrobili wszystko, od obserwacji resztek promieniowania elektromagnetycznego z młodego wszechświata do pomiaru obfitości najlżejszych pierwiastków i odkryli, że wszystkie one pasują do tego, co przewiduje wielki wybuch. O ile wiemy, jest to dokładny portret naszego wczesnego wszechświata.
ale mimo wszystko dobrze, wiemy, że obraz wielkiego wybuchu nie jest kompletny — brakuje kawałka układanki, a ten kawałek jest najwcześniejszymi momentami samego wszechświata.
to dość duży kawałek.
podobne: od Wielkiego Wybuchu do teraźniejszości: Migawki naszego wszechświata w czasie
pożoga
problem polega na tym, że fizyka, której używamy do zrozumienia wczesnego wszechświata (cudownie skomplikowana mieszanka ogólnej teorii względności i wysokoenergetycznej fizyki cząstek) może nas zabrać tylko tak daleko, zanim się rozpadnie. Kiedy staramy się coraz głębiej wkraczać w pierwsze chwile naszego kosmosu, matematyka staje się coraz trudniejsza do rozwiązania, aż do momentu, w którym … kończy się.
głównym znakiem, że mamy jeszcze teren do zbadania, jest obecność „osobliwości”, czyli punktu o nieskończonej gęstości, na początku Wielkiego Wybuchu. Biorąc pod uwagę wartość nominalną, mówi nam to, że w pewnym punkcie wszechświat był zapchany w nieskończenie mały, nieskończenie gęsty punkt. Jest to oczywiście absurd, a to, co naprawdę nam mówi, to to, że potrzebujemy nowej fizyki, aby rozwiązać ten problem — nasz obecny zestaw narzędzi po prostu nie jest wystarczająco dobry.
podobne: 8 sposobów, w jakie można zobaczyć teorię względności Einsteina w prawdziwym życiu
aby uratować sytuację, potrzebujemy nowej fizyki, czegoś, co jest w stanie poradzić sobie z grawitacją i innymi siłami, połączonymi, przy ultrawysokich energiach. I to jest dokładnie to, co teoria strun twierdzi: model fizyki, który jest zdolny do obsługi grawitacji i innych sił, połączonych, przy ultrawysokich energiach. Co oznacza, że teoria strun twierdzi, że może wyjaśnić najwcześniejsze momenty wszechświata.
jednym z najwcześniejszych pojęć teorii strun jest wszechświat „ekpyrotic”, który pochodzi od greckiego słowa oznaczającego „pożogę” lub ogień. W tym scenariuszu to, co znamy jako Wielki Wybuch, wywołało coś innego, co działo się przed nim — wielki wybuch nie był początkiem, ale częścią większego procesu.
rozszerzenie koncepcji ekpyrotycznej doprowadziło do powstania teorii, ponownie motywowanej teorią strun, zwanej kosmologią cykliczną. Przypuszczam, że technicznie rzecz biorąc, idea ciągle powtarzającego się wszechświata ma tysiące lat i wyprzedza fizykę, ale teoria strun dała temu pomysłowi solidne matematyczne uziemienie. Cykliczny wszechświat toczy się dokładnie tak, jak można sobie wyobrazić, nieustannie odbijając się między wielkimi wybuchami a wielkimi brzuchami, potencjalnie na wieczność w czasie i na wieczność w przyszłość.
przed rozpoczęciem
choć brzmi to fajnie, wczesne wersje modelu cyklicznego miały trudności z dopasowaniem obserwacji — co jest ważną sprawą, gdy próbujesz robić naukę, a nie tylko opowiadać historie przy ognisku.
główną przeszkodą było zgadzanie się z naszymi obserwacjami kosmicznego mikrofalowego tła, kopalnego światła pozostałego po wszechświecie sprzed zaledwie 380 000 lat. Chociaż nie możemy zobaczyć bezpośrednio za ścianą światła, jeśli zaczniesz teoretycznie majstrować nad fizyką małego kosmosu, wpłynie to na wzór światła poświaty.
i tak wydawało się, że cykliczny wszechświat jest schludnym, ale błędnym pomysłem.
ale Pochodnia ekpyrotic była zapalana przez lata, a artykuł opublikowany w styczniu w bazie danych arXiv zbadał zmarszczki w matematyce i odkrył kilka wcześniej straconych okazji. Fizycy, Robert Brandenberger i Ziwei Wang z McGill University w Kanadzie, odkryli, że w momencie „odbicia”, kiedy nasz wszechświat kurczy się do niewiarygodnie małego punktu i powraca do stanu Wielkiego Wybuchu, możliwe jest wyrównanie wszystkiego, aby uzyskać właściwy obserwacyjnie przetestowany wynik.
innymi słowy, skomplikowana (i, co prawda, słabo rozumiana) fizyka tej krytycznej epoki może rzeczywiście pozwolić na radykalnie zmienione spojrzenie na nasz czas i miejsce w kosmosie.
ale aby w pełni przetestować ten model, będziemy musieli poczekać na nową generację eksperymentów kosmologicznych, więc poczekajmy na ekpyrotyczny szampan.
Paul M. Sutter jest astrofizykiem w SUNY Stony Brook i Flatiron Institute, gospodarzem Ask a Spaceman i Space Radio, a także autorem swojego miejsca we wszechświecie.
- największe nierozwiązane zagadki fizyki
- 12 najdziwniejszych obiektów we wszechświecie
- Wielki Wybuch cywilizacji: 10 niesamowitych wydarzeń pochodzenia
pierwotnie opublikowane na Live Science.
oferta: zaoszczędź 45% na 'Jak to działa’ 'wszystko o przestrzeni’i’ wszystko o historii’!
przez ograniczony czas możesz wykupić subskrypcję cyfrową dowolnego z naszych najlepiej sprzedających się czasopism naukowych za jedyne $2.38 miesięcznie lub 45% od standardowej ceny przez pierwsze trzy miesiące.Zobacz ofertę
najnowsze wiadomości