Τι συνέβη πριν από το Big Bang;

Η θεωρία Big Bounce θεωρήθηκε κάποτε αδύνατη. Αλλά δύο φυσικοί μόλις το ανέστησαν.

Στην αρχή, υπήρχε μια απέραντη πυκνή, μικροσκοπική μπάλα της ύλης. Τότε, έγινε το big-bang, προκαλώντας άτομα, μόρια, αστέρια και γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα.

Ή τουλάχιστον, αυτό μας έχουν πει από τους φυσικούς τις τελευταίες δεκαετίες. 

Ωστόσο, μια νέα έρευνα θεωρητικής φυσικής αποκάλυψε πρόσφατα ένα πιθανό παράθυρο στο πολύ πρώιμο σύμπαν, δείχνοντας ότι μπορεί να μην είναι “πολύ νωρίς”. Αντ ‘αυτού, μπορεί να είναι μόνο η τελευταία επανάληψη ενός κύκλου bang-bounce που συνεχίζεται για… καλά, τουλάχιστον μία φορά, και πιθανώς για πάντα. 

Φυσικά, προτού οι φυσικοί αποφασίσουν να πετάξουν το Big Bang υπέρ ενός κύκλου bang-bounce, αυτές οι θεωρητικές προβλέψεις θα πρέπει να επιβιώσουν από μια επίθεση δοκιμών παρατήρησης.

Κοσμολογίες αναπήδησης

Οι επιστήμονες έχουν μια πολύ καλή εικόνα του πολύ πρώιμου σύμπαντος, κάτι που γνωρίζουμε και αγαπάμε ως θεωρία του Big Bang. Σε αυτό το μοντέλο, πριν από πολύ καιρό το σύμπαν ήταν πολύ μικρότερο, πολύ πιο ζεστό και πολύ πυκνότερο από ό, τι είναι σήμερα. Σε εκείνη την αρχική κόλαση πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, όλα τα στοιχεία που μας κάνουν αυτό που είμαστε σήμερα διαμορφώθηκαν σε διάστημα περίπου δώδεκα λεπτών.

Ακόμα και νωρίτερα, αυτή η σκέψη πηγαίνει, σε κάποιο σημείο ολόκληρο το σύμπαν μας – όλα τα αστέρια, όλοι οι γαλαξίες, όλα τα πάντα – ήταν το μέγεθος ενός ροδάκινου και είχε θερμοκρασία πάνω από ένα τετρα δισεκατομμύριο βαθμούς.

Εκπληκτικά, αυτή η φανταστική ιστορία διατηρεί όλες τις τρέχουσες παρατηρήσεις. Οι αστρονόμοι έχουν κάνει τα πάντα, παρατηρώντας την εναπομένουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από το νεαρό σύμπαν μέχρι τη μέτρηση της αφθονίας των ελαφρύτερων στοιχείων και διαπίστωσαν ότι όλα ταιριάζουν με αυτό που προβλέπει το Big Bang. Από όσο μπορούμε να πούμε, αυτό είναι ένα ακριβές πορτρέτο του πρώιμου σύμπαντος.

Αλλά όσο καλό είναι, γνωρίζουμε ότι η εικόνα του Big Bang δεν είναι πλήρης – λείπει ένα κομμάτι παζλ και αυτό το κομμάτι είναι οι πρώτες στιγμές του ίδιου του σύμπαντος.

Αυτό είναι ένα πολύ μεγάλο κομμάτι.

Η ανάφλεξη

Το πρόβλημα είναι ότι η φυσική που χρησιμοποιούμε για να κατανοήσουμε το πρώιμο σύμπαν (μια θαυμάσια περίπλοκη συνείδηση ​​της γενικής σχετικότητας και της φυσικής σωματιδίων υψηλής ενέργειας) μπορεί να μας οδηγήσει μόνο μέχρι στιγμής πριν καταρρεύσει. Καθώς προσπαθούμε να ωθήσουμε όλο και πιο βαθιά στις πρώτες στιγμές του κόσμου μας, τα μαθηματικά γίνονται όλο και πιο δύσκολο να επιλυθούν, μέχρι το σημείο που μόλις… σταματά.

Το κύριο σημάδι που έχουμε ακόμη να εξερευνήσουμε είναι η παρουσία μιας «μοναδικότητας» ή ενός σημείου άπειρης πυκνότητας, στην αρχή του Big Bang. Λαμβάνοντας υπόψη την ονομαστική τιμή, αυτό μας λέει ότι σε ένα σημείο, το σύμπαν ήταν γεμάτο σε ένα απείρως μικροσκοπικό, απείρως πυκνό σημείο. Αυτό είναι προφανώς παράλογο, και αυτό που μας λέει πραγματικά είναι ότι χρειαζόμαστε νέα φυσική για να λύσουμε αυτό το πρόβλημα – η τρέχουσα εργαλειοθήκη μας δεν είναι αρκετά καλή.

Για να σώσουμε τη μέρα χρειαζόμαστε κάποια νέα φυσική, κάτι που είναι ικανό να χειριστεί τη βαρύτητα και τις άλλες δυνάμεις, σε συνδυασμό, σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες. Και αυτό ακριβώς υποστηρίζει η θεωρία χορδών: ένα μοντέλο φυσικής που είναι ικανό να χειριστεί τη βαρύτητα και τις άλλες δυνάμεις, σε συνδυασμό, σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες. Αυτό σημαίνει ότι η θεωρία χορδών ισχυρίζεται ότι μπορεί να εξηγήσει τις πρώτες στιγμές του σύμπαντος.

Μία από τις πρώτες έννοιες της θεωρίας χορδών είναι το «εκπυρωτικό» σύμπαν, το οποίο προέρχεται από την ελληνική λέξη «φλεγμονή» ή φωτιά. Σε αυτό το σενάριο, αυτό που γνωρίζουμε ως το Big Bang προκλήθηκε από κάτι άλλο που συνέβη πριν από αυτό – το Big Bang δεν ήταν μια αρχή, αλλά ένα μέρος μιας ευρύτερης διαδικασίας.

Η επέκταση της εκπυρωτικής έννοιας οδήγησε σε μια θεωρία, και πάλι υποκινούμενη από τη θεωρία χορδών, που ονομάζεται κυκλική κοσμολογία. Υποθέτω ότι, τεχνικά, η ιδέα του σύμπαντος που επαναλαμβάνεται συνεχώς είναι χιλιάδων ετών και προηγείται της φυσικής, αλλά η θεωρία χορδών έδωσε στην ιδέα σταθερή μαθηματική γείωση. Το κυκλικό σύμπαν συμβαίνει ακριβώς όπως μπορείτε να φανταστείτε, συνεχώς αναπηδά μεταξύ των μεγάλων κτυπήματα και των μεγάλων δυσλειτουργιών, ενδεχομένως για αιωνιότητα πίσω στο χρόνο και για αιωνιότητα στο μέλλον.

Πριν από την αρχή

Όσο δροσερό κι αν ακούγεται, οι πρώτες εκδόσεις του κυκλικού μοντέλου δυσκολεύτηκαν να ταιριάξουν τις παρατηρήσεις τους – κάτι που αποτελεί μεγάλη υπόθεση όταν προσπαθείτε να κάνετε επιστήμη και όχι μόνο να λέτε ιστορίες γύρω από την πυρά προσκόπων. 

Το κύριο εμπόδιο ήταν να συμφωνήσουμε με τις παρατηρήσεις μας σχετικά με το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων, το απολιθωμένο φως που απομένει από όταν το σύμπαν ήταν μόλις 380.000 ετών. Ενώ δεν μπορούμε να δούμε αμέσως πέρα ​​από αυτό το τείχος του φωτός, εάν αρχίσετε θεωρητικά να παίζετε με τη φυσική του σύμπαντος των βρεφών, επηρεάζετε αυτό το μοτίβο φωτισμού μετά τη λάμψη.

Και έτσι, φαινόταν ότι ένα κυκλικό σύμπαν ήταν μια καθαρή αλλά λανθασμένη ιδέα.

Όμως ο εκπυρωτικός φακός παραμένει αναμμένος με την πάροδο των ετών και ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε τον Ιανουάριο στη βάση δεδομένων arXiv έχει διερευνήσει τις ρυτίδες στα μαθηματικά και αποκάλυψε κάποιες προηγούμενες χαμένες ευκαιρίες. Οι φυσικοί, ο Robert Brandenberger και ο Ziwei Wang του Πανεπιστημίου McGill στον Καναδά, διαπίστωσαν ότι τη στιγμή της «αναπήδησης», όταν το σύμπαν μας συρρικνώθηκε σε ένα απίστευτα μικρό σημείο και επιστρέψει σε μια κατάσταση στο Big Bang, είναι δυνατό να τακτοποιήσουμε τα πάντα για να πάρουμε το σωστό αποτέλεσμα παρατήρησης.

Με άλλα λόγια, η περίπλοκη (και, ομολογουμένως, ελάχιστα κατανοητή) φυσική αυτής της κρίσιμης εποχής μπορεί πράγματι να επιτρέψει μια ριζικά αναθεωρημένη άποψη του χρόνου και του τόπου μας στον Κόσμο.

Αλλά για να δοκιμάσουμε πλήρως αυτό το μοντέλο, θα πρέπει να περιμένουμε μια νέα γενιά πειραμάτων κοσμολογίας, οπότε ας περιμένουμε να ξεσπάσουμε την εκπρωτική σαμπάνια.

Ο Paul M. Sutter  είναι αστροφυσικός στο  SUNY  Stony Brook και στο Ινστιτούτο Flatiron, οικοδεσπότης του  Ask a Spaceman  and  Space Radio και συγγραφέας του  Your Place in the Universe .

πηγή