Što ako svemir nema početak?

Autor Paul Sutter 

(Zasluga za sliku: Shutterstock)

U početku je bilo... pa, možda nije bilo početka. Možda je naš svemir oduvijek postojao - a nova teorija kvantne gravitacije otkriva kako bi to moglo funkcionirati.

"Stvarnost ima toliko stvari koje bi većina ljudi povezivala sa znanstvenom fantastikom ili čak fantazijom", rekao je Bruno Bento, fizičar koji proučava prirodu vremena na Sveučilištu Liverpool u Velikoj Britaniji.

U svom radu koristio je novu teoriju kvantne gravitacije, nazvanu teorija kauzalnih skupova, u kojoj se prostor i vrijeme raščlanjuju na diskretne komade prostor-vremena. Na nekoj razini , prema ovoj teoriji , postoji temeljna jedinica prostor-vrijeme . 

Bento i njegovi suradnici koristili su ovaj uzročni pristup kako bi istražili početak svemira. Otkrili su da je moguće da svemir nije imao početak — da je oduvijek postojao u beskonačnoj prošlosti i da je tek nedavno evoluirao u ono što nazivamo Veliki prasak .

Povezano: Big Bang civilizaciji: 10 nevjerojatna podrijetlu događaje

0 seconds of 3 minutes, 15 secondsGlasnoća 0%REPRODUKCIJA ZVUKA

Povezano: Big Bang civilizaciji: 10 nevjerojatna podrijetlu događaje

ZATVORITI0 seconds of 3 minutes, 15 secondsGlasnoća 0%REPRODUKCIJA ZVUKA

Kvant gravitacije

Kvantna gravitacija je možda najfrustrirajući problem s kojim se moderna fizika suočava. Imamo dvije izvanredno učinkovite teorije svemira: kvantnu fiziku i opću relativnost . Kvantna fizika je proizvela uspješan opis tri od četiri temeljne sile prirode ( elektromagnetizam , slaba sila i jaka sila) sve do mikroskopskih razmjera. Opća teorija relativnosti je, s druge strane, najsnažniji i najpotpuniji opis gravitacije ikad osmišljen.

Ali unatoč svim svojim prednostima, opća relativnost je nepotpuna. Na najmanje dva određena mjesta u svemiru, matematika opće relativnosti jednostavno se kvari, ne uspijevajući dati pouzdane rezultate: u središtima crnih rupa i na početku svemira. Te se regije nazivaju "singularitetima", a to su mjesta u prostor-vremenu na kojima se naši trenutni zakoni fizike ruše, a oni su matematički znakovi upozorenja da se teorija opće relativnosti spotakne o samu sebe. Unutar oba ova singulariteta, gravitacija postaje nevjerojatno jaka na vrlo malim duljinama.

Povezano: 8 načina na koje možete vidjeti Einsteinovu teoriju relativnosti u stvarnom životu

Kao takvi, da bi riješili misterije singulariteta, fizičari trebaju mikroskopski opis jake gravitacije, koji se također naziva kvantna teorija gravitacije. Postoji mnogo kandidata, uključujući teoriju struna i kvantnu gravitaciju u petlji .

A postoji još jedan pristup koji potpuno mijenja naše razumijevanje prostora i vremena.

Teorija kauzalnih skupova

U svim aktualnim teorijama fizike prostor i vrijeme su kontinuirani. Oni tvore glatku tkaninu koja je u osnovi cijele stvarnosti. U takvom kontinuiranom prostor-vremenu dvije točke mogu biti što bliže jedna drugoj u prostoru, a dva događaja mogu se dogoditi što bliže jedan drugome.

"Stvarnost ima toliko stvari koje bi većina ljudi povezala sa znanstvenom fantastikom ili čak fantazijom."

Bruno Bento

Ali drugi pristup, nazvan teorija kauzalnih skupova, ponovno zamišlja prostor-vrijeme kao niz diskretnih dijelova, ili prostorno-vremenskih "atoma". Ova teorija postavlja stroga ograničenja koliko događaji mogu biti bliski u prostoru i vremenu, budući da ne mogu biti bliži od veličine "atoma".

Povezano: Možemo li zaustaviti vrijeme?

Na primjer, ako gledate u zaslon i čitate ovo, sve izgleda glatko i kontinuirano. Ali ako biste isti zaslon gledali kroz povećalo, mogli biste vidjeti piksele koji dijele prostor i otkrili biste da je nemoguće približiti dvije slike na zaslonu od jednog piksela.

Ova teorija fizike uzbudila je Benta. "Bio sam oduševljen pronaći ovu teoriju, koja ne samo da pokušava ići što je više moguće fundamentalno - budući da je pristup kvantnoj gravitaciji i zapravo preispituje pojam samog prostora-vremena - već koja također daje središnju ulogu vremenu i onome što fizički znači da vrijeme prolazi, koliko je vaša prošlost zapravo fizička i postoji li budućnost već ili ne", rekao je Bento za Live Science.

Prostor-vrijeme se sastoji od diskretnih dijelova ili prostorno-vremenskih "atoma", sličnih pikselima računalne slike. (Zasluga slike: kisik/Getty Images)

Početak vremena

Teorija kauzalnih skupova ima važne implikacije na prirodu vremena. 

„Veliki dio filozofije kauzalnog skupa je da je protok vremena nešto fizičko, da ga ne treba pripisivati ​​nekoj vrsti iluzije ili nečemu što se događa u našem mozgu zbog čega mislimo da vrijeme prolazi; to je prolazak, samo po sebi, manifestacija fizičke teorije", rekao je Bento. "Dakle, u teoriji kauzalnih skupova, kauzalni skup će rasti jedan po jedan 'atom' i postajati sve veći i veći."

Oglas

Pristup kauzalnog skupa uredno uklanja problem singularnosti Velikog praska jer, u teoriji, singularnosti ne mogu postojati. Nemoguće je da se materija sabije na beskonačno male točke - one ne mogu biti manje od veličine prostorno-vremenskog atoma. 

Dakle, bez singularnosti Velikog praska, kako izgleda početak našeg svemira? Tu su Bento i njegov suradnik Stav Zalel, diplomirani student na Imperial Collegeu u Londonu, pokupili nit, istražujući što teorija kauzalnih skupova ima za reći o početnim trenucima svemira. Njihov se rad pojavljuje u članku objavljenom 24. rujna u bazi podataka preprinta arXiv . (Rad tek treba biti objavljen u recenziranom znanstvenom časopisu.) 

POVEZANI SADRŽAJ

— 18 najvećih neriješenih misterija u fizici

— 12 najčudnijih objekata u svemiru

— 9 ideja o crnim rupama koje će vas oduševiti

U radu se ispituje "mora li postojati početak u pristupu kauzalnog skupa", rekao je Bento. "U izvornoj formulaciji i dinamici kauzalnog skupa, klasično govoreći, kauzalni skup raste iz ničega u svemir koji danas vidimo. Umjesto toga, u našem radu ne bi postojao Veliki prasak kao početak, jer bi uzročni skup bio beskonačan do prošlost, tako da uvijek postoji nešto prije."

Njihov rad implicira da svemir možda nije imao početak - da je jednostavno oduvijek postojao. Ono što doživljavamo kao Veliki prasak možda je bio samo određeni trenutak u evoluciji ovog uvijek postojećeg uzročnog skupa, a ne pravi početak.

Ipak, ima još puno posla. Još nije jasno može li ovaj kauzalni pristup bez početka dopustiti fizičke teorije s kojima možemo raditi kako bismo opisali složenu evoluciju svemira tijekom Velikog praska.

"Još se može zapitati može li se ovaj [pristup uzročno-posljedičnih skupova] tumačiti na 'razuman' način ili što takva dinamika fizički znači u širem smislu, ali pokazali smo da je okvir doista moguć", rekao je Bento. "Dakle, barem matematički, ovo se može učiniti."

Drugim riječima, to je... početak.

Izvorno objavljeno na Live Science.

Paul Sutter astrofizičar

Paul M. Sutter je znanstveni profesor astrofizike na Sveučilištu SUNY Stony Brook i Institutu Flatiron u New Yorku. Redovito se pojavljuje na TV-u i podcastovima, uključujući "Pitajte svemirca". Autor je dviju knjiga, "Tvoje mjesto u svemiru" i "Kako umrijeti u svemiru", a redoviti je suradnik za Space.com, Live Science i još mnogo toga. Paul je doktorirao fiziku na Sveučilištu Illinois u Urbana-Champaignu 2011. godine, te je proveo tri godine na Pariškom institutu za astrofiziku, nakon čega je uslijedio znanstveno-istraživački rad u Trstu, Italija. 

livescience.com