Visata turėjo pradžią. Bet nuo ko tai prasidėjo? Kuo tapote pradžioje? Mes žinome, kad viskas prasidėjo gana sparčiai išsiplėtus ir baigėsi daugybe galaktikų iš mažų dalelių. Bet kas atsirado prieš tai? Kokie buvo fizikos dėsniai, kai viskas prasidėjo? Įžymūs fizikai Jamesas Hartlas ir Stephenas Hawkingas prieš kelis dešimtmečius pasiūlė keletą atsakymų į šiuos klausimus. Naujame kitos fizikų grupės darbe buvo išanalizuota populiari Hawkingo ir Hartle'o Didžiojo sprogimo geometrijos interpretacija ir kilo problemų. Šie rezultatai nušvietė visatos pradžios problemą. Nauja kliūtis, kurią turės įveikti visos ateities teorijos.
"Mes bandėme atlikti griežtesnį skaičiavimą ir gavome kitokį sprendimą", - sako Jobas Feldbrügge'as, nuolatinis Perimetro instituto studentas. "Mūsų naudojama teorija atskleidžia naują esamą teoriją ir parodo, kad ji gali neveikti taip, kaip tikėjomės".
Mokslininkai paprastai bando suprasti visatos pradžią, žiūrėdami į Einšteino traukos dėsnius, vadinamus bendruoju reliatyvumu, ir žaisdami juos atgal. Galų gale jie nori patekti į tašką, kai visata buvo labai maža. Tačiau įdomiausi klausimai kyla dėl to, kaip atrodė jaunoji visata, ar ji buvo pakankamai maža, kad paklustų kvantinės mechanikos dėsniams, kurie valdo mažiausias daleles, atomus ir fotonus.
Yra keli būdai, kaip sukurti tokią visatą kaip mūsų. Gal, pagalvojo Hawkingas ir Hartle'as, ši sutankinta visata buvo tik vienas taškas erdvėje, turintis specialią kvantinę būseną, vadinamąją bangų funkciją, kuri visa tai apibūdina kvantinės mechanikos kalba. Tada atėjo laikas. Filosofija ir religija turi daug kalbėti šia tema, tačiau matematikams tiesiog reikia rašiklio ir popieriaus. Ši taškinė visata vystėsi remdamasi bendrojo reliatyvumo matematika, į kurios struktūrą buvo įterptos pradinės kvantinės mechanikos savybės. Taigi šie nedideli atsitiktiniai energijos svyravimai erdvėje greito išsiplėtimo - infliacijos - metu turėjo virsti didelio masto tankio skirtumais, kuriuos pastebime šiuolaikinėje Visatoje su galaktikomis ir tuštumomis. Hawkingo ir Hartle'o teorija buvo vienas iš kelių būdų pažymėti visatos pradžią be singuliarumo, nulio tūrio taško ir begalinės masės, kuri neturėjo daug prasmės. Kitos mintys, kurias pasiūlė Aleksandras Vilenkinas, nereiškė šio pradinio savitumo.
Naujas straipsnis, kuris neseniai pasirodė „arXiv“spausdinimo serveryje, įveda problemą. Apskaičiuojant Hawkingo, Hartleso ir Vilenkino matematiką, naujoji komanda negavo mažų kvantinių svyravimų, reikalingų šiandieninei visatai sukurti. Užtat šie svyravimai yra milžiniški ir sukuria visatą, visiškai kitokią nei mūsų.
"Mūsų atlikti skaičiavimai sukelia didžiules gravitacines bangas po Didžiojo sprogimo", - sako Feldbrugge'as - didžiuliai pačios erdvėlaikio formos svyravimai. „Tai negalėjo sukelti tokios visatos, kokia yra šiandien. Skaičiavimai prieštarauja tam, ką matome “.
Hartlas ne itin jaudinasi dėl „Feldbrugge“komandos rezultatų. "Kosmologijoje mes vis dar turime per mažai duomenų, palyginti su tuo, kas galėjo būti", - sako jis. "Taigi mes darome viską, kad paremtume teoriją, kuri geriausiai tinka mūsų pastebėjimams". Jis mano, kad naujasis darbas yra dar vienas bandymas pakeisti žaidimą, siūlant daugiau informacijos ir kitokį matematinį kelią, kuriuo mokslininkai gali eiti. "Tyrėjai turi teisę pasirinkti, ar įgyvendinti šią, ar kitą idėją."
Jo komanda taip pat neseniai paskelbė kitą dokumentą, kuriame patikslinta jo paties matematika ir pademonstruota, kodėl jo teorija vis dar veikia.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Vis dėlto atrodo, kad Feldbrugge'o ir jo komandos matematika rodo, kad sklandi visatos išvaizda be jokio singuliarumo „nėra išeitis“. Jų matematika tiesiogiai ginčija Hartle'ą ir Hawkingą.
Kvantinės mechanikos ir bendro reliatyvumo susiejimas su visatos pradžios paaiškinimu nėra nei naujas, nei beveik išspręstas. Tiesą sakant, tai yra viena iš pagrindinių problemų, kurias bando išspręsti teoriniai fizikai, atsižvelgiant į jos svarbą visatos kilmei suprasti, kai abu dėsnių rinkiniai taikomi vienodu mastu, ir į svarbą juodosioms skylėms, kuriose gravitacija yra tokia stipri, kad šviesa negali jos palikti.
Bet svarbiausia, kad Feldbrugge'as nemano, kad visata, prasidėjusi kvantinės mechanikos ir reliatyvumo dėsniais, gali sukelti nedidelius svyravimus, kurie sukeltų tokią visatą kaip mūsų - jis mano, kad turi būti kažkas kita. „Neaišku, kuris sprendimas bus galutinis variantas“, - sako jis.
Fizikų nuomonės šiuo klausimu yra labai skirtingos. Prinstono universiteto fizikos profesorius Paulas Steinhardtas sako, kad jau yra alternatyvių būdų išvengti problemų naujame darbe, taip pat kiti skundai dėl Hawkingo-Hartle'o modelio. Šiam vadinamam beribiam modeliui reikalingi tam tikri matematiniai sprendimai, kad būtų sukurta tokia visata, kokia yra mūsų.
„Kokia yra alternatyva? Atšokimas be singuliarumo “, - sako jis, turėdamas omenyje modelį, kurį kuria su Princetone gyvenančia teorine kosmologe Anna Idjas. Pagal šį modelį visata žlunga ir paskui atsiskleidžia į mūsų pačių visatą, daug anksčiau, nei galima pradėti galvoti apie kvantinės mechanikos poveikį.
Frankfurto pažangiųjų studijų instituto mokslinė bendradarbė Sabine Hossenfelder nėra tikra dėl naujų rezultatų. „Vienintelis dalykas, kurį galiu padaryti, yra tai, kad mes nežinojome, kaip prasidėjo visata, kol nebuvo parašytas šis darbas. Ir mes to nežinojome po šio darbo paskelbimo “. Teorikai rimtai vertina matematiką ir atliko šiuos skaičiavimus su laiku ir erdve ilgai, kol teleskopai juos patvirtins. Vienintelis būdas tiksliai sužinoti, kas vyksta, yra eksperimentai.
Šiandien daugumą šių teorijų galima patvirtinti ar paneigti stebint seniausią mums nusileidusią šviesą - kosminį mikrobangų foną. Mokslininkai tikisi, kad jų teorijų įžvalgos padės izoliuoti svarbius parašus nuo šių duomenų.
Ar įmanoma patikrinti Feldbrugge'o ir jo komandos darbą? Jie tik pradeda. Akivaizdu, kad tai užtruks ilgai. Mokslininkams reikia sukurti visatą, panašią į mus. Bet šio proceso detalės dar nėra nustatytos.
ILYA KHEL