Tytułowe pytania zwykle nie są omawiane przez fizyków, ponieważ nie istnieje ogólnie przyjęta teoria, która mogłaby na nie odpowiedzieć. Jednak ostatnio, w ramach pętlowej grawitacji kwantowej, wciąż można było prześledzić ewolucję uproszczonego modelu Wszechświata wstecz w czasie, aż do momentu Wielkiego Wybuchu, a nawet spojrzeć poza niego. Po drodze stało się jasne, jak czas pojawia się w tym modelu. Obserwacje Wszechświata pokazują, że nawet w największych skalach wcale nie jest on stacjonarny, ale ewoluuje w czasie.
Jeśli na podstawie współczesnych teorii prześledzić tę ewolucję w czasie, okazuje się, że obserwowana obecnie część Wszechświata była wcześniej gorętsza i bardziej zwarta niż obecnie, a zapoczątkował ją Wielki Wybuch - pewien proces wyłaniania się Wszechświata z osobliwości: szczególna sytuacja, dla której współczesne prawa fizycy nie mają zastosowania.
Fizycy nie są zadowoleni z takiego stanu rzeczy: chcą zrozumieć sam proces Wielkiego Wybuchu. Dlatego podejmuje się obecnie liczne próby skonstruowania teorii, która miałaby zastosowanie w tej sytuacji. Ponieważ grawitacja była główną siłą w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu, uważa się, że cel ten można osiągnąć tylko w ramach kwantowej teorii grawitacji, która nie została jeszcze zbudowana.
Kiedyś fizycy mieli nadzieję, że grawitacja kwantowa zostanie opisana w kategoriach teorii superstrun, ale niedawny kryzys teorii superstrun zachwiał tą pewnością. W takiej sytuacji większą uwagę zaczęto przyciągać inne podejścia do opisu zjawisk kwantowo-grawitacyjnych, aw szczególności pętlowej grawitacji kwantowej.
To właśnie w ramach pętlowej grawitacji kwantowej uzyskano ostatnio bardzo imponujący wynik. Okazuje się, że początkowa osobliwość znika z powodu efektów kwantowych. Wielki Wybuch przestaje być punktem szczególnym i można nie tylko prześledzić jego przebieg, ale także przyjrzeć się temu, co było przed Wielkim Wybuchem.
Pętla grawitacji kwantowej zasadniczo różni się od konwencjonalnych teorii fizycznych, a nawet od teorii superstrun. Przedmiotem teorii superstrun są na przykład rozmaite struny i wielowymiarowe membrany, które jednak z góry latają w przestrzeni i czasie. Pytanie, jak dokładnie powstała ta wielowymiarowa czasoprzestrzeń, nie może być rozwiązane w takiej teorii.
W pętlowej teorii grawitacji głównymi obiektami są małe kwantowe komórki przestrzeni, połączone ze sobą w określony sposób. Prawem ich związku i ich stanem jest jakaś dziedzina, która w nich istnieje. Wielkość tego pola jest dla tych komórek rodzajem „czasu wewnętrznego”: przejście od słabego pola do silniejszego wygląda dokładnie tak, jakby istniała jakaś „przeszłość”, która wpłynęłaby na pewną „przyszłość”. Prawo to jest ułożone w taki sposób, że dla dostatecznie dużego wszechświata o niskiej koncentracji energii (to znaczy z dala od osobliwości) komórki wydają się „łączyć” ze sobą, tworząc znaną nam „ciągłą” czasoprzestrzeń.
Autorzy artykułu przekonują, że to wszystko wystarczy, aby rozwiązać problem tego, co dzieje się ze wszechświatem, gdy zbliżamy się do osobliwości. Uzyskane przez nich rozwiązania równań pokazały, że przy ekstremalnym „ściskaniu” wszechświata przestrzeń „rozpada się”, geometria kwantowa nie pozwala na zmniejszenie jej objętości do zera, nieuchronnie następuje zatrzymanie i ponowne rozpoczęcie ekspansji. Tę sekwencję stanów można prześledzić zarówno do przodu, jak i wstecz w „czasie”, co oznacza, że w tej teorii, przed Wielkim Wybuchem, nieuchronnie następuje „Wielki Wybuch” - upadek „poprzedniego” wszechświata. Co więcej, właściwości tego poprzedniego wszechświata nie są tracone w procesie zapadania się, ale są jednoznacznie przenoszone do naszego wszechświata.
Film promocyjny:
Opisane obliczenia opierają się jednak na pewnych upraszczających założeniach dotyczących właściwości pola uniwersalnego. Podobno ogólne wnioski zostaną zachowane nawet bez takich założeń, ale trzeba to jeszcze zweryfikować. Niezwykle interesujące będzie śledzenie dalszego rozwoju tych pomysłów.
