Suuresta räjähdyksestä pidetään yleisesti kaiken alkua: Noin 13,8 miljardia vuotta sitten havaittavissa oleva maailmankaikkeus meni puomi ja laajeni olemukseksi.
Mutta mitä olivat ennen Big Bang -tapahtumaa?
Lyhyt vastaus: Emme tiedä. Pitkä vastaus: Se olisi voinut olla paljon asioita, jokaisen mielessä taipuvan omalla tavallaan.
Alussa
Ensimmäinen asia ymmärrettäväksi on se, mitä Big Bang todella oli.
"Iso räjähdys on hetki ajassa, ei kohta avaruudessa", sanoi Sean Carroll, teoreettinen fysiikka Kalifornian teknillisestä instituutista ja kirjan "The Big Picture: On Life of Origins, the Meanings and its the Universe itsensä" kirjoittaja. (Dutton, 2016).
Siten on mahdollista, että Ison Bangin maailmankaikkeus oli pikkuinen tai äärettömän suuri, Carroll sanoi, koska ei ole mitään keinoa taaksepäin ajatella taaksepäin asioita, joita emme edes voi nähdä tänään. Tiedämme vain, että se oli hyvin, erittäin tiheää ja että se muuttui nopeasti niin tiheäksi.
Seurauksena on, että universumin ulkopuolella ei todellakaan ole mitään, koska maailmankaikkeus on määritelmänsä mukaan kaikkea. Joten isolla räjähdyksellä kaikki oli tiheämpää ja kuumempaa kuin nyt, mutta siinä ei ollut mitään "ulkopuolista" kuin nykyään. Joten houkuttelevaa on ottaa jumalallinen näkemys ja kuvitella, että voisit seistä tyhjyydessä ja katsoa tarkattua vauvauniversumia juuri ennen isoa räjähdystä, se olisi mahdotonta, Carroll sanoi. Universumi ei laajentunut avaruuteen; tila itse laajeni.
"Riippumatta siitä missä olet maailmankaikkeudessa, jos jäljität itsesi takaisin 14 miljardiin vuoteen, tulet tänne kohtaan, missä se oli erittäin kuuma, tiheä ja nopeasti laajeneva", hän sanoi.
Kukaan ei tiedä tarkalleen mitä tapahtui maailmankaikkeudessa vasta sekunnin ajan ison iskun jälkeen, kun maailmankaikkeus jäähtyi niin paljon, että protonit ja neutronit törmäsivät ja tarttuivat yhteen. Monet tutkijat uskovat, että maailmankaikkeus on käynyt läpi eksponentiaalisen laajentumisen prosessin, jota kutsutaan inflaatioksi ensimmäisen sekunnin aikana. Tämä olisi tasoittanut avaruus-ajan kankaan ja voisi selittää, miksi aine on jakaantunut nykyään yhtä tasaisesti maailmankaikkeudessa.
Ennen pahaa
On mahdollista, että ennen isoa räjähdystä maailmankaikkeus oli ääretön osuma ultrakuvasta, tiheästä materiaalista, joka pysyi vakaassa tilassa, kunnes jostakin syystä iso räjähdys tapahtui. Tätä ylimääräistä tiheää maailmankaikkeutta on saattanut hallita kvantmekaniikka, erittäin pienimuotoinen fysiikka, Carroll sanoi. Iso räjähdys olisi sitten edustaa sitä hetkeä, jonka klassinen fysiikka otti haltuunsa maailmankaikkeuden evoluution suurimpana veturina.
Stephen Hawkingille tämä hetki oli kaikki tärkeä: Ennen isoa iskua hän sanoi, että tapahtumat ovat mittaamattomia ja siten määrittelemättömiä. Hawking kutsui tätä rajattomaksi ehdotukseksi: Aika ja tila, hän sanoi, ovat rajalliset, mutta niillä ei ole rajoja tai lähtö- tai loppupisteitä, samalla tavalla kuin planeetta Maa on rajallinen, mutta sillä ei ole reunaa.
"Koska tapahtumilla ennen isoa räjähdystä ei ole havainnollisia seurauksia, voidaan yhtä hyvin sulkea ne pois teoriasta ja sanoa, että aika alkoi isosta räjähdyksestä", hän sanoi haastattelussa National Geographic -näyttelyssä "StarTalk" vuonna 2018.
Tai ehkä ennen Big Bangia oli jotain muuta, joka kannattaa pohtia. Yksi idea on, että iso räjähdys ei ole ajan alku, vaan pikemminkin, että se oli symmetrian hetki. Tässä ideassa, ennen isoa räjähdystä, oli toinen maailmankaikkeus, identtinen tämän kanssa, mutta entropian kasvaessa kohti menneisyyttä tulevaisuuden sijasta.
Entropian lisääntyminen tai lisääntyvä häiriö järjestelmässä on pohjimmiltaan ajan nuoli, Carroll sanoi, joten tässä peiliuniversumissa aika kulkisi vastakkain ajan kanssa nykymaailmassa ja maailmankaikkeus olisi menneisyydessä. Tämän teorian puolustajat viittaavat myös siihen, että maailmankaikkeuden muut ominaisuudet olisivat kääntyneet tässä peiliuniversumissa. Esimerkiksi fyysikko David Sloan kirjoitti Oxfordin yliopiston tiedeblogissa, että molekyylien ja ionien epäsymmetrit (nimeltään kiraalit) olisivat päinvastaisessa suunnassa kuin mitä he ovat universumissamme.
Aiheeseen liittyvän teorian mukaan Big Bang ei ollut kaiken alku, vaan ajankohta, jolloin maailmankaikkeus siirtyi supistumisjaksolta laajentumisen ajanjaksolle. Tämä "Big Bounce" -käsitys viittaa siihen, että siellä voi olla ääretön Big Bangs, kun maailmankaikkeus laajenee, supistuu ja laajenee uudelleen. Carroll sanoi näiden ideoiden ongelmana, että ei ole selitystä sille, miksi tai kuinka laajeneva maailmankaikkeus supistuu ja palaa matalan entropian tilaan.
Carrollilla ja hänen kollegalleen Jennifer Chenillä on oma ennakkotapauksensa Big Bangista. Fyysikot ehdottivat vuonna 2004, että kenties universumi, sellaisena kuin sen tiedämme, on vanhemman maailmankaikkeuden jälkeläiset, josta vähän tilaa-aika on päässyt pois.
Se on kuin radioaktiivinen ydin hajoava, Carroll sanoi: Kun ydin rapistuu, se sylkee alfa- tai beetapartikkelin. Vanhemmanuniversumi voisi tehdä saman asian, paitsi hiukkasten sijasta, se sylkee vauvauniversumit, ehkä äärettömästi. "Se on vain kvanttivaihtelu, joka antaa sen tapahtua", Carroll sanoi. Nämä vauvauniversumit ovat "kirjaimellisesti rinnakkaisia universumeja", Carroll sanoi, eivätkä ne ole vuorovaikutuksessa toisiinsa tai heidän kanssaan.
Jos tämä kaikki kuulostaa melko trippiseltä, niin on - koska tutkijoilla ei ole vielä tapaa vertaa takaisin edes Ison räjähdyksen hetkeksi, paljon vähemmän siihen, mitä tuli ennen sitä. On kuitenkin tutkittavaa, Carroll sanoi. Painovoima-aaltojen havaitseminen voimakkaista galakttisista törmäyksistä vuonna 2015 avaa mahdollisuuden, että näitä aaltoja voitaisiin käyttää ratkaisemaan universumien laajentumisen perustavanlaatuiset mysteerit ensimmäisessä tärkeässä sekunnissa.
Teoreettisilla fyysikoilla on myös tehtävää, Carroll sanoi, kuten tekemällä tarkempia ennusteita siitä, kuinka kvanttivoimat, kuten kvanttipaino voivat toimia.
"Emme edes tiedä mitä etsimme", Carroll sanoi, "kunnes meillä on teoria."
