i början fanns en oändligt tät, liten boll av materia. Sedan gick allt och gav upphov till atomer, molekyler, stjärnor och galaxer vi ser idag.
eller åtminstone, det är vad vi har fått höra av fysiker under de senaste decennierna.
men ny teoretisk fysikforskning har nyligen avslöjat ett möjligt fönster i det mycket tidiga universum, vilket visar att det kanske inte är ”väldigt tidigt” trots allt. Istället kan det bara vara den senaste iterationen av en bang-bounce-cykel som har pågått i … ja, åtminstone en gång och eventuellt för alltid.
naturligtvis, innan fysiker bestämmer sig för att kasta ut Big Bang till förmån för en bang-bounce-cykel, kommer dessa teoretiska förutsägelser att behöva överleva ett angrepp av observationstester.
studsande kosmologier
forskare har en riktigt bra bild av det mycket tidiga universum, något vi känner och älskar som Big Bang-teorin. I denna modell var universum för länge sedan mycket mindre, mycket varmare och mycket tätare än det är idag. I det tidiga inferno för 13,8 miljarder år sedan bildades alla element som gör oss till vad vi är inom ett dussin minuter.
ännu tidigare går detta tänkande, vid något tillfälle var hela vårt universum — alla stjärnor, alla galaxer, allt allt — storleken på en persika och hade en temperatur på över en kvadrillion grader.
otroligt, denna fantastiska historia håller upp till alla aktuella observationer. Astronomer har gjort allt från att observera den kvarvarande elektromagnetiska strålningen från det unga universum för att mäta överflödet av de lättaste elementen och fann att de alla stämmer överens med vad Big Bang förutspår. Så vitt vi kan säga är detta ett exakt porträtt av vårt tidiga universum.
men lika bra som det är, vet vi att Big Bang — bilden inte är komplett-det saknas en pusselbit, och den biten är de tidigaste ögonblicken i universum själv.
det är en ganska stor bit.
relaterat: från Big Bang till present: Snapshots av vårt universum genom tiden
branden
problemet är att fysiken som vi använder för att förstå det tidiga universum (en underbart komplicerad mishmash av generell relativitet och högenergipartikelfysik) kan ta oss bara så långt innan vi bryter ner. När vi försöker driva djupare och djupare in i de första ögonblicken i vårt kosmos blir matematiken svårare och svårare att lösa, hela vägen till den punkt där den bara … slutar.
huvudtecknet på att vi har terräng ännu inte utforskas är närvaron av en ”singularitet” eller en punkt med oändlig densitet i början av Big Bang. Tagen till nominellt värde berättar detta för oss att vid ett tillfälle var universum inklämt i en oändligt liten, oändligt tät punkt. Detta är uppenbarligen absurt, och vad det verkligen säger oss är att vi behöver ny fysik för att lösa detta problem — vår nuvarande verktygslåda är bara inte tillräckligt bra.
relaterade: 8 sätt du kan se Einsteins relativitetsteori i verkliga livet
för att rädda dagen behöver vi lite ny fysik, något som kan hantera tyngdkraften och de andra krafterna, kombinerade, vid ultrahöga energier. Och det är precis vad strängteori påstår sig vara: en modell av fysik som kan hantera tyngdkraften och de andra krafterna, kombinerade, vid ultrahöga energier. Vilket innebär att strängteori hävdar att det kan förklara universums tidigaste ögonblick.
en av de tidigaste strängteoribegreppen är det” ekpyrotiska ” universum, som kommer från det grekiska ordet för ”brand” eller eld. I det här scenariot utlöstes det vi känner som Big Bang av något annat som hände före det — Big Bang var inte en början, utan en del av en större process.
att utvidga det ekpyrotiska konceptet har lett till en teori, återigen motiverad av strängteori, kallad cyklisk kosmologi. Jag antar att tekniskt sett är tanken på att universum ständigt upprepar sig tusentals år gammal och föregår fysiken, men strängteori gav tanken fast matematisk jordning. Det cykliska universum går ungefär som du kan föreställa dig, ständigt studsar mellan stora smällar och stora crunches, potentiellt för evigheten tillbaka i tiden och för evigheten in i framtiden.
innan början
så coolt som det låter, hade tidiga versioner av den cykliska modellen svårt att matcha observationer — vilket är en stor affär när du försöker göra vetenskap och inte bara berätta historier runt lägerelden.
huvudhindret var överens med våra observationer av den kosmiska mikrovågsbakgrunden, det fossila ljuset kvar från när universum bara var 380 000 år gammalt. Medan vi inte kan se direkt förbi den ljusväggen, om du börjar teoretiskt tippa med fysiken i spädbarnskosmos, påverkar du det efterglöda ljusmönstret.
och så verkade det som om ett cykliskt universum var en snygg men felaktig uppfattning.
men den ekpyrotiska facklan har hållits tänd genom åren, och ett papper som publicerades i januari till arXiv-databasen har utforskat rynkorna i matematiken och avslöjat några tidigare missade möjligheter. Fysikerna, Robert Brandenberger och Ziwei Wang från McGill University i Kanada, fann att i ögonblicket av ”studsen”, när vårt universum krymper till en otroligt liten punkt och återgår till ett Big Bang-tillstånd, är det möjligt att rada upp allt för att få det korrekta observationstestade resultatet.
med andra ord kan den komplicerade (och visserligen dåligt förstådda) fysiken i denna kritiska epok verkligen möjliggöra en radikalt reviderad syn på vår tid och plats i kosmos.
men för att helt testa denna modell måste vi vänta på en ny generation kosmologiska experiment, så låt oss vänta med att bryta ut den ekpyrotiska champagnen.
Paul M. Sutter är en astrofysiker vid SUNY Stony Brook och Flatiron Institute, värd för Ask a Spaceman och Space Radio, och författare till din plats i universum.
- de största olösta mysterierna i fysik
- de 12 konstigaste föremålen i universum
- Big Bang till civilisationen: 10 fantastiska ursprungshändelser
ursprungligen publicerad på Live Science.
erbjudande: Spara 45% på ’hur det fungerar’ ’allt om rymden’ och ’allt om historia’!
under en begränsad tid kan du ta ut en digital prenumeration på någon av våra bästsäljande vetenskapstidningar för bara $2.38 per månad, eller 45% rabatt på standardpriset för de första tre månaderna.Visa erbjudande
Senaste nytt