Czy wszechświat może powstać z ... niczego?

Mimo to mechanika kwantowa, wraz ze wszystkimi jej paradoksami, opisuje właściwości obiektów istniejących w niezniekształconej przestrzeni newtonowskiej. Przyszła teoria grawitacji powinna rozszerzyć probabilistyczne prawa kwantowo-mechaniczne na właściwości samej przestrzeni (a dokładniej czasoprzestrzeni), zdeformowanej zgodnie z równaniami ogólnej teorii względności. Jak to zrobić za pomocą rygorystycznych obliczeń matematycznych, nikt tak naprawdę nie wie.

Zimne porody

Ścieżkę do takiego związku można jednak rozważyć na poziomie jakościowym i pojawiają się tutaj bardzo interesujące perspektywy. Jeden z nich został zbadany przez słynnego kosmologa, profesora Uniwersytetu Arizona Lawrence Krauss w jego niedawno wydanej książce „A Universe From Nothing”. Jego hipoteza wygląda fantastycznie, ale nie jest sprzeczna z ustalonymi prawami fizyki.

Uważa się, że nasz Wszechświat powstał z bardzo gorącego stanu początkowego o temperaturze rzędu 1032 kelwinów. Można jednak wyobrazić sobie zimne narodziny wszechświatów z czystej próżni - a dokładniej z jej kwantowych fluktuacji. Powszechnie wiadomo, że takie fluktuacje powodują powstanie wielu wirtualnych cząstek, które dosłownie wyłoniły się z nieistnienia, a następnie zniknęły bez śladu. Według Kraussa fluktuacje próżniowe są w zasadzie zdolne do powstania równie efemerycznych proto-wszechświatów, które pod pewnymi warunkami przechodzą ze stanu wirtualnego do rzeczywistego.

Wszechświat bez energii

Co jest do tego potrzebne? Pierwszym i najważniejszym warunkiem jest to, że zarodek przyszłego wszechświata musi mieć zerową energię całkowitą. W tym przypadku nie tylko jest skazany na niemal natychmiastowe zniknięcie, ale wręcz przeciwnie, może istnieć przez dowolnie długi czas. Wynika to z faktu, że zgodnie z mechaniką kwantową iloczyn niepewności wartości energetycznej obiektu przez niepewność jego życia nie powinien być mniejszy niż wartość końcowa - stała Plancka.

Rozdzielenie podstawowych interakcji w naszym wczesnym Wszechświecie było przejściem fazowym. W bardzo wysokich temperaturach podstawowe interakcje zostały połączone, ale przy chłodzeniu poniżej temperatury krytycznej nie zachodziło rozdzielanie (można to porównać z przechłodzeniem wody). W tym momencie energia pola skalarnego związana z unifikacją przekroczyła temperaturę Wszechświata, który obdarzył pole podciśnieniem i spowodował kosmologiczną inflację. Wszechświat zaczął się bardzo szybko rozszerzać, aw momencie zerwania symetrii (w temperaturze około 1028 K) jego wymiary wzrosły 1050 razy. W tym momencie zniknęło również pole skalarne związane ze związkiem interakcji, a jego energia została przekształcona w dalszą ekspansję Wszechświata.

Ponieważ energia obiektu jest ściśle równa zeru, jest znana bez żadnych niepewności, a zatem jego żywotność może być nieskończenie długa. To dzięki temu efektowi dwa naładowane ciała znajdujące się w bardzo dużych odległościach przyciągają się lub odpychają od siebie. Współdziałają ze względu na wymianę wirtualnych fotonów, które ze względu na swoją zerową masę rozciągają się na dowolną odległość. Wręcz przeciwnie, bozony wektorów mierniczych, które przenoszą słabe interakcje ze względu na ich dużą masę, istnieją tylko przez około 10–25 sekund, w wyniku czego interakcje te mają bardzo mały promień.

Jaki wszechświat, choć embrionalny, z zerową energią? Jak profesor Krauss wyjaśnił Popular Mechanics, nie ma w tym nic mistycznego: „Energia takiego wszechświata składa się z dodatniej energii cząstek i promieniowania (i być może także skalarnych pól próżniowych) oraz ujemnej potencjalnej energii grawitacyjnej. Ich suma może być równa zero - matematyka na to pozwala. Jednak bardzo ważne jest, aby taki bilans energii był możliwy tylko w zamkniętych światach, których przestrzeń ma krzywiznę dodatnią. Płaskie, a szczególnie otwarte wszechświaty nie mają takiej właściwości. ”

Przemiana fazowa zachodziła w ewolucji Wszechświata trzykrotnie: w temperaturze 1028 K (zanikło Wielkie Zjednoczenie Interakcji), 1015 K (rozpad interakcji słabej energii) i 1012 K (kwarki zaczęły się łączyć w hadronach).

Cuda inflacji

Co się stanie, jeśli kwantowe fluktuacje próżni dadzą początek wirtualnemu wszechświatowi o zerowej energii, który z powodu losowej kwantowości zyskał trochę czasu na życie i ewolucję? To zależy od jego składu. Jeśli przestrzeń wszechświata jest wypełniona materią i promieniowaniem, najpierw rozszerzy się, osiągnie swój maksymalny rozmiar i zapadnie się w wyniku zapadania się grawitacji, istniejąc jedynie znikomą część sekundy. Inną kwestią jest to, czy w kosmosie znajdują się pola skalarne, które mogą rozpocząć proces ekspansji inflacyjnej. Istnieją scenariusze, w których ta ekspansja nie tylko zapobiega grawitacyjnemu zawaleniu się wszechświata „bąbelkowego”, ale także zamienia go w niemal płaski i nieograniczony świat. Tak więc jej życie trwa niezmiernie - prawie do nieskończoności. Tak więc mały wirtualny wszechświat staje się całkiem realny - ogromny i długowieczny. Nawet jeśli jej wiek jest skończony, może znacznie przekroczyć obecny wiek naszego wszechświata. Dlatego gwiazdy i gromady gwiazd, planety, a nawet to, co do cholery nie żartuje, może tam pojawić się inteligentne życie. Pełnoprawny wszechświat, który wyłonił się dosłownie z niczego - to cuda, które inflacja może zrobić!

Artykuł „Worlds from the Void” został opublikowany w czasopiśmie Popular Mechanics (nr 7, lipiec 2012 r.). Czy podoba ci się ten artykuł?

Najciekawsze wiadomości ze świata nauki: nowe odkrycia, zdjęcia i niesamowite fakty w Twojej poczcie. Okej Zgadzam się z regulaminem witryny Dziękujemy. Wysłaliśmy wiadomość e-mail z potwierdzeniem na Twój adres e-mail.

Zalecane

Chirurdzy uczą się, jak naprawiać narządy do przeszczepu: zbawienie dla milionów
2019
Statek kosmiczny Sojuz MS-14 nie mógł zadokować z ISS
2019
Jak zrobić lutownicę z ołówka i baterii
2019