Mitä tapahtui ennen isoa räjähdystä? Tavanomainen vastaus kysymykseen on yleensä: ”Ei ole olemassa sellaista asiaa kuin” ennen isoa iskua ”.” Se on tapahtuma, joka aloitti kaiken. Mutta oikea vastaus, sanoo fyysikko Sean Carroll, on: "Emme vain tiedä." Carroll, samoin kuin monet muut fyysikot ja kosmologit, ovat alkaneet pohtia ajan mahdollisuutta ennen isoa räjähdystä, samoin kuin vaihtoehtoisia teorioita siitä, kuinka universumimme tuli. Carroll keskusteli tämän tyyppisestä "spekulatiivisesta tutkimuksesta" keskustelussa American Astronomical Society -kokouksessa viime viikolla St. Louisissa, Missourissa.
"Tämä on mielenkiintoinen aika olla kosmologi", Carroll sanoi. ”Olemme sekä siunattuja että kirottuja. Se on kultakausi, mutta ongelmana on, että mallilla, jota meillä on maailmankaikkeudesta, ei ole mitään järkeä. "
Ensinnäkin on olemassa inventaario-ongelma, jossa 95% maailmankaikkeudesta on jätetty ottamatta huomioon. Näyttää siltä, että kosmologit ovat ratkaisseet ongelman yhdistämällä tumman aineen ja tumman energian. Mutta koska olemme "luoneet" asian sopivaksi tietoihin, se ei tarkoita, että ymmärrämme maailmankaikkeuden luonteen.
Toinen suuri yllätys universumissamme tulee tosiasiallisista tiedoista WMAP: n (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) avaruusalukselta, joka on tutkinut kosmisen mikroaaltotausta (CMB) "Big Bang" -kaikua.
"WMAP-tilannekuva siitä, miltä varhainen maailmankaikkeus näytti, osoittaa sen olevan kuuma, tiheä ja tasainen [matala entropia] laajalla avaruusalueella", Carroll sanoi. ”Emme ymmärrä miksi näin on. Se on vielä suurempi yllätys kuin varasto-ongelma. Universumimme ei vain näytä luonnolliselta. ” Carroll sanoi, että matalan entropian tilat ovat harvinaisia, plus kaikki mahdolliset lähtöolosuhteet, jotka olisivat voineet kehittyä meidän kaltaiseen universumiin, ylivoimaisella enemmistöllä on paljon korkeampi entropia, ei alempi.
Mutta maailmankaikkeuden yllättävin ilmiö, Carroll sanoi, on se, että asiat muuttuvat. Ja kaikki tapahtuu johdonmukaisessa suunnassa menneisyydestä tulevaisuuteen, kaikkialla maailmankaikkeudessa.
"Sitä kutsutaan ajan nuoleksi", sanoi Carroll. Tämä ajan nuoli tulee termodynamiikan toisesta laista, joka vetoaa entropiaan. Lain mukaan suljetut järjestelmät siirtyvät aina järjestyksestä häiriöihin ajan myötä. Tämä laki on perusta fysiikalle ja tähtitiedelle.
Yksi maailmankaikkeuden alkuolosuhteita koskevista suurista kysymyksistä on, miksi entropia alkoi niin alhaisella tasolla? "Ja matala entropia lähellä isoa räjähdystä on vastuussa kaikesta ajan nuolella", sanoi Carroll. "Elämä ja kuolema, muisti, ajan virta." Tapahtumat tapahtuvat järjestyksessä, eikä niitä voida peruuttaa.
"Joka kerta kun hajotat munaa tai vuotaa lasillinen vettä, teet havainnollista kosmologiaa", Carroll sanoi.
Siksi, jotta vastaamme kysymyksiimme maailmankaikkeudesta ja ajan nuolesta, meidän on ehkä harkittava sitä, mitä tapahtui ennen isoa iskua.
Carroll vaati, että nämä ovat tärkeitä ajateltavia asioita. "Tämä ei ole vain virkistysteologiaa", hän sanoi. ”Haluamme universumin tarinan, jolla on järkeä. Kun meillä on asioita, jotka vaikuttavat yllättäviltä, etsimme taustalla olevaa mekanismia, joka tekee palapelin ymmärrettäväksi. Matalan entropian maailmankaikkeus on vihje jostakin, ja meidän pitäisi työskennellä löytääksemme se. ”
Tällä hetkellä meillä ei ole hyvää mallia maailmankaikkeudesta, ja nykyiset teoriat eivät vastaa kysymyksiin. Klassinen yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, että maailmankaikkeus alkoi yksilöllisyydestä, mutta se ei voi todistaa mitään vasta Ison räjähdyksen jälkeen.
Inflaatioteoria, joka ehdottaa maailmankaikkeuden erittäin nopean (eksponentiaalisen) laajentumisen ajanjaksoa muutaman ensimmäisen hetkensä aikana, ei ole apua, Carroll sanoi. ”Se vain pahentaa entropiaongelmaa. Inflaatio vaatii teoriaa lähtöolosuhteista. ”
Siellä on myös muita malleja, mutta Carroll ehdotti ja näytti suosivan ajatusta moniuniversumista, jotka jatkavat "vauva" -universumien luomista. "Havaittava maailmankaikkeus ei ehkä ole koko tarina", hän sanoi. "Jos olemme osa suurempaa monikiertoa, ei ole maksimaalisen entropian tasapainotilaa ja entropia syntyy luomalla omien kaltaisia maailmankaikkeuksia."
Carroll keskusteli myös uudesta tutkimuksesta, jonka hän ja fyysikkojen ryhmä ovat tehneet, tarkastelemalla jälleen WMAP: n tuloksia. Carroll ja hänen tiiminsä sanovat, että tiedot osoittavat, että maailmankaikkeus on ”yksipuolinen”.
WMAP: n mittaukset osoittavat, että mikroaaltouuni-taustan vaihtelut ovat noin 10% voimakkaampia taivaan toisella puolella kuin toisella.
Selitys tälle ”raskas-to-one-side -universumille” olisi, jos nämä vaihtelut edustaisivat maailmankaikkeudesta jäljelle jäänyttä rakennetta, joka tuotti maailmankaikkeuden.
Carroll sanoi, että kaikkea tätä auttaisi paremmin ymmärtämään kvanttipaino. ”Kvanttiarvot voivat tuottaa uusia maailmankaikkeuksia. Jos lämpövaihtelu hiljaisessa tilassa voi johtaa vauvauniversumeihin, heillä olisi oma entropia ja he voisivat jatkaa universumien luomista. "
Myönnettiin - ja - ja Carroll painotti tätä asiaa - kaikkia näitä aiheita koskevaa tutkimusta pidetään tällä hetkellä yleensä spekulointina. "Mikään näistä ei ole vakiintuneita tavaroita", hän sanoi. ”Lyön vetoa, että jopa rahaa, että tämä on väärin. Mutta toivottavasti voin palata takaisin 10 vuoden kuluttua ja kertoa teille, että olemme tajunnut sen kaiken. "
On totta, että kirjoittajana yritettäessä kapseloida Carrollin puhe ja ideat lyhyeksi artikkeliksi ei varmasti tee heille oikeudenmukaisuutta. Katso Carrollin näkemykset näistä ja muista hänen blogissaan, Cosmic Variance. Lue myös hieno yhteenveto Carrollin puheesta, jonka Chris Lintott on kirjoittanut BBC: lle. Olen mietinnyt Carrollin puhetta jo yli viikon ajan, ja ajatellut ajan alkamista - ja jopa sitä, että voisi olla aikaa ennen aikaa - on tehty mielenkiintoiselle ja kiehtovalle viikolle. Tulee nähdä, onko tuo aika tuonut minut eteenpäin vai taaksepäin ymmärryksessäni!
