Vesmír měl začátek. Ale kde to začalo? Čím jsi se stal na začátku? Víme, že to všechno začalo poměrně rychlou expanzí a skončilo to velkým počtem galaxií vytvořených z malých částic. Ale co přišlo před tím? Jaké byly zákony fyziky, když to všechno začalo? Slavní fyzici James Hartl a Stephen Hawking před několika desítkami let nabídli několik odpovědí na tyto otázky. Nové dílo jiné skupiny fyziků analyzovalo Hawkingovu a Hartleovu populární interpretaci geometrie velkého třesku a narazilo na nějaké potíže. Tyto výsledky osvětlují problém počátku vesmíru. Nová překážka, kterou budou muset všechny teorie budoucnosti překonat.
„Pokusili jsme se provést přísnější výpočet a dostali jsme jiné řešení,“říká Job Feldbrügge, rezidentní postgraduální student na Perimetrickém institutu. „Teorie, kterou používáme, vrhá nové světlo na existující teorii a ukazuje, že nemusí fungovat tak, jak jsme očekávali.“
Vědci se obvykle snaží pochopit počátek vesmíru tím, že se podívají na Einsteinovy gravitační zákony, které se nazývají obecná relativita, a hrají je dozadu. Koneckonců, chtějí se dostat do bodu, kdy byl vesmír velmi malý. Nejzajímavější otázky však vyvstávají ohledně toho, jak mladý vesmír vypadal, ať už byl dostatečně malý na to, aby vyhověl zákonům kvantové mechaniky, která řídí nejmenší částice, atomy a fotony.
Existuje několik způsobů, jak začít vesmír, jako je ten náš. Možná si Hawking a Hartle mysleli, že tento kondenzovaný vesmír byl jen jedním bodem ve vesmíru se zvláštním kvantovým stavem, takzvanou vlnovou funkcí, která to všechno popisuje v jazyce kvantové mechaniky. Pak přišel čas. Filozofie a náboženství musí o tomto tématu hodně mluvit, ale matematikům stačí pero a papír. Tento bodově podobný vesmír se vyvinul z matematiky obecné relativity s původními vlastnostmi kvantové mechaniky zabudovanými do jeho struktury. Tyto drobné náhodné výkyvy energie ve vesmíru by se tedy měly v průběhu rychlé expanze - inflace - proměnit ve velké rozdíly hustoty, které pozorujeme v moderním vesmíru, s galaxiemi a dutinami. Teorie Hawkinga a Hartleho byla jedním z několika způsobů, jak označit počátek vesmíru bez singularity, bodu nulového objemu a nekonečné hmoty, která nedávala moc smysl. Jiné myšlenky, například ty, které navrhl Alexander Vilenkin, neznamenaly tuto počáteční singularitu.
Nový článek, který se nedávno objevil na předtiskovém serveru arXiv, přináší problém. Při výpočtu matematiky Hawkinga, Hartlese a Vilenkina nový tým nezískal malé kvantové výkyvy potřebné k vytvoření dnešního vesmíru. Místo toho jsou tyto fluktuace gigantické a vytvářejí vesmír zcela odlišný od našeho.
"Výpočty, které jsme provedli, vedou k silným gravitačním vlnám po Velkém třesku," říká Feldbrugge - obrovské výkyvy ve tvaru samotného časoprostoru. "Nemohlo by to vést k vesmíru, jaký je dnes." Výpočty jsou v rozporu s tím, co vidíme. “
Hartl se zejména neobává výsledků týmu Feldbrugge. "V kosmologii máme stále příliš málo dat ve srovnání s tím, co to mohlo být," říká. „Snažíme se proto podporovat teorii, která nejlépe vyhovuje našim pozorováním.“Nové dílo vnímá jako další pokus o zvrácení hry tím, že nabízí více informací a jinou matematickou cestu, kterou mohou vědci sledovat. „Vědci mají právo rozhodnout se, zda budou pokračovat v této nebo jiné myšlence.“
Jeho tým také nedávno publikoval další dokument, který revidoval jeho vlastní matematiku a demonstroval, proč jeho teorie stále funguje.
Propagační video:
Přesto se zdá, že matematika Feldbruggeho a jeho týmu ukazuje, že hladký vzhled vesmíru bez jakékoli singularity „není možné“. Jejich matematika přímo zpochybňuje Hartleho a Hawkinga.
Propojení kvantové mechaniky a obecné relativity k vysvětlení začátku vesmíru není ani nové, ani téměř vyřešené. Ve skutečnosti se jedná o jeden z hlavních problémů, které se teoretičtí fyzici snaží vyřešit, vzhledem k jeho důležitosti pro pochopení původu vesmíru, když jsou obě sady zákonů aplikovány ve stejném měřítku, a důležitosti pro černé díry, ve kterých je gravitace tak silná, že světlo nemůže ji opustit.
Ale co je nejdůležitější, Feldbrugge nevěří, že vesmír, který začíná zákony kvantové mechaniky a relativity, by mohl způsobit malé výkyvy, které by vedly k vesmíru, jako je ten náš - myslí si, že musí existovat něco jiného. „Není jasné, které řešení bude poslední možností,“říká.
Názory fyziků na tuto problematiku se velmi liší. Paul Steinhardt, profesor fyziky na Princetonské univerzitě, říká, že již existují alternativní způsoby, jak se vyhnout problémům v novém zaměstnání, stejně jako další stížnosti na model Hawking-Hartle. Tento takzvaný nekonečný model vyžaduje určitá matematická řešení k vytvoření vesmíru, jako je ten náš.
"Jaká je alternativa?" Odraz bez singularity, “říká v souvislosti s modelem, který vyvíjí s teoretickou kosmologičkou Annou Idjasovou založenou na Princetonu. Podle tohoto modelu se vesmír zhroutí a poté se rozvine do našeho vlastního vesmíru, dlouho předtím, než člověk začne přemýšlet o účincích kvantové mechaniky.
Sabine Hossenfelder, výzkumná pracovnice na frankfurtském institutu pro pokročilé studium, si novými výsledky není jistá. "Jediná věc, kterou mohu konstatovat, je, že jsme nevěděli, jak vesmír začal, než byla tato práce napsána." A po vydání této práce jsme to nevěděli “. Teoretici berou matematiku vážně a tyto výpočty provádějí s časem a prostorem dlouho předtím, než je potvrdí dalekohledy. Jediným způsobem, jak zjistit, o co jde, je experimentování.
Dnes lze většinu z těchto teorií potvrdit nebo vyvrátit pozorováním nejstaršího světla, které k nám sestoupilo, kosmického mikrovlnného pozadí. Vědci doufají, že poznatky z jejich teorií pomohou izolovat důležité podpisy od těchto dat.
Je možné zkontrolovat práci Feldbruggeho a jeho týmu? Právě začínají. Je zřejmé, že kontrola bude trvat dlouho. Vědci musí nakonec vytvořit vesmír, který se podobá našemu. Podrobnosti tohoto procesu však dosud nebyly stanoveny.
ILYA KHEL