Dopóki istnieje ludzkość, tak dużo i stara się zrozumieć strukturę wszechświata. Tak, wielu mówi, że to „bezużyteczne zamieszanie”, tak naprawdę nic nie wiemy i niczego się nie nauczymy w kolejnych pokoleniach, a może nawet przed końcem ludzkiej cywilizacji. Cóż, może mają rację, ale spekulujmy …
Teoria Wielkiego Wybuchu stała się prawie tak samo ogólnie przyjętym modelem kosmologicznym, jak obrót Ziemi wokół Słońca. Zgodnie z tą teorią około 14 miliardów lat temu spontaniczne oscylacje w absolutnej pustce doprowadziły do powstania wszechświata. Coś wielkości subatomowej cząstki rozrosło się do niewyobrażalnych rozmiarów w ułamku sekundy. Ale w tej teorii istnieje wiele problemów, o które walczą fizycy, stawiając coraz to nowe hipotezy.
Więc co jest nie tak z teorią Wielkiego Wybuchu?
Co jest nie tak z teorią Wielkiego Wybuchu?
1. Z TEORII wynika, że wszystkie planety i gwiazdy powstały z pyłu rozproszonego w przestrzeni w wyniku eksplozji. Ale nie jest jasne, co go poprzedziło: tutaj nasz matematyczny model czasoprzestrzeni przestaje działać. Wszechświat powstał z początkowego stanu osobliwego, do którego nie można zastosować współczesnej fizyki. Teoria nie bierze również pod uwagę przyczyn wystąpienia osobliwości lub materii i energii. Uważa się, że odpowiedź na pytanie o istnienie i pochodzenie początkowej osobliwości da teoria kwantowej grawitacji.
Film promocyjny:
2. NAJBARDZIEJ KOSMOLOGICZNE MODELE OBECNE są, że cały wszechświat jest znacznie większy niż obserwowalna część - kulisty obszar o średnicy około 90 miliardów lat świetlnych. Widzimy tylko tę część Wszechświata, z której światło udało się dotrzeć do Ziemi w ciągu 13,8 miliarda lat. Ale teleskopy są coraz lepsze, wykrywamy coraz bardziej odległe obiekty i jak dotąd nie ma powodu, by sądzić, że ten proces się zatrzyma.
3. OD CHWILI WIELKIEGO WYBUCHU Wszechświat rozszerza się z przyspieszeniem. Najtrudniejszą tajemnicą współczesnej fizyki jest pytanie, co powoduje przyspieszenie. Zgodnie z hipotezą roboczą, wszechświat zawiera niewidzialny składnik zwany „ciemną energią”. Teoria Wielkiego Wybuchu nie wyjaśnia, czy wszechświat będzie się rozszerzał w nieskończoność, a jeśli tak, to dokąd to doprowadzi - do jego zniknięcia lub do czegoś innego.
4. Chociaż MECHANIKA Newtona przewyższała fizykę względną, nie można jej nazwać błędną. Jednak postrzeganie świata i modele opisu wszechświata uległy całkowitej zmianie. Teoria Wielkiego Wybuchu przewidywała wiele rzeczy, które wcześniej nie były znane. Jeśli więc na jej miejsce przyjdzie inna teoria, to powinna być podobna i poszerzać rozumienie świata.
Skoncentrujemy się na najciekawszych teoriach opisujących alternatywne modele Wielkiego Wybuchu.
Wszechświat jest jak miraż czarnej dziury
Wszechświat powstał w wyniku zapadnięcia się gwiazdy w czterowymiarowym wszechświecie - twierdzą naukowcy z Perimeter Institute for Theoretical Physics. Wyniki ich badań zostały opublikowane w Scientific American. Nyayesh Afshordi, Robert Mann i Razi Purhasan mówią, że nasz trójwymiarowy wszechświat stał się rodzajem „holograficznego mirażu”, kiedy zapadła się czterowymiarowa gwiazda. W przeciwieństwie do teorii Wielkiego Wybuchu, zgodnie z którą wszechświat powstał z niezwykle gorącej i gęstej czasoprzestrzeni, gdzie standardowe prawa fizyki nie mają zastosowania, nowa hipoteza o czterowymiarowym wszechświecie wyjaśnia zarówno przyczyny powstania, jak i jego gwałtownej ekspansji.
Zgodnie ze scenariuszem sformułowanym przez Afshordi i jego współpracowników, nasz trójwymiarowy wszechświat jest rodzajem membrany, która płynie przez jeszcze bardziej obszerny wszechświat, który już istnieje w czterech wymiarach. Gdyby w tej czterowymiarowej przestrzeni istniały własne czterowymiarowe gwiazdy, również eksplodowałyby, podobnie jak trójwymiarowe gwiazdy w naszym Wszechświecie. Warstwa wewnętrzna stanie się czarną dziurą, a warstwa zewnętrzna zostanie wyrzucona w kosmos.
W naszym wszechświecie czarne dziury są otoczone kulą zwaną horyzontem zdarzeń. A jeśli w przestrzeni trójwymiarowej ta granica jest dwuwymiarowa (jak membrana), to w czterowymiarowym wszechświecie horyzont zdarzeń będzie ograniczony sferą istniejącą w trzech wymiarach. Symulacje komputerowe zapadnięcia się czterowymiarowej gwiazdy pokazały, że jej trójwymiarowy horyzont zdarzeń będzie się stopniowo rozszerzał. To właśnie obserwujemy, nazywając wzrost błony 3D ekspansją Wszechświata, uważają astrofizycy.
Duzy mroz
Alternatywą dla Wielkiego Wybuchu może być Wielkie Zamrożenie. Zespół fizyków z Uniwersytetu w Melbourne, kierowany przez Jamesa Kvatcha, przedstawił model narodzin Wszechświata, który bardziej przypomina stopniowy proces zamrażania energii amorficznej niż jej rozbryzg i ekspansję w trzech kierunkach przestrzeni.
Zdaniem naukowców bezkształtna energia, jak woda schłodzona do krystalizacji, tworząc typowe trzy wymiary przestrzenne i jeden czasowy.
Teoria wielkiego zamrożenia podważa obecnie akceptowane stwierdzenie Alberta Einsteina o ciągłości i gładkości przestrzeni i czasu. Możliwe, że przestrzeń ma swoje części składowe - niepodzielne bloki budulcowe, takie jak maleńkie atomy lub piksele w grafice komputerowej. Bloki te są tak małe, że nie można ich zaobserwować, jednak zgodnie z nową teorią można wykryć defekty, które powinny załamać przepływ innych cząstek. Naukowcy obliczyli takie efekty za pomocą aparatu matematycznego, a teraz spróbują je wykryć eksperymentalnie.
Wszechświat bez początku i bez końca
Ahmed Farag Ali z Benha University w Egipcie i Sauria Das z Lethbridge University w Kanadzie zaproponowali nowe rozwiązanie problemu osobliwości poprzez porzucenie Wielkiego Wybuchu. Wprowadzili idee słynnego fizyka Davida Bohma do równania Friedmana opisującego ekspansję wszechświata i Wielki Wybuch. „To niesamowite, że małe poprawki mogą potencjalnie rozwiązać tak wiele problemów” - mówi Das.
Powstały model połączył ogólną teorię względności i teorię kwantową. Nie tylko zaprzecza osobliwości, która poprzedziła Wielki Wybuch, ale także nie pozwala wszechświatowi na powrót do pierwotnego stanu w czasie. Zgodnie z uzyskanymi danymi wszechświat ma skończone rozmiary i nieskończoną żywotność. Pod względem fizycznym model opisuje Wszechświat wypełniony hipotetycznym płynem kwantowym, który składa się z grawitonów - cząstek, które zapewniają oddziaływanie grawitacyjne.
Naukowcy twierdzą również, że ich odkrycia są zgodne z najnowszymi pomiarami gęstości Wszechświata.
Niekończąca się chaotyczna inflacja
Termin „inflacja” odnosi się do gwałtownej ekspansji wszechświata, która nastąpiła wykładniczo w pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu. Sama teoria inflacji nie obala teorii Wielkiego Wybuchu, a jedynie inaczej ją interpretuje. Ta teoria rozwiązuje kilka fundamentalnych problemów w fizyce.
Zgodnie z modelem inflacyjnym, wkrótce po powstaniu Wszechświat na bardzo krótki czas rozszerzał się wykładniczo: jego rozmiar podwoił się wielokrotnie. Naukowcy uważają, że w ciągu 10–36 stopni sekund Wszechświat powiększył się o co najmniej 10–30–50 stopni, a być może nawet więcej. Pod koniec fazy inflacyjnej Wszechświat został wypełniony super gorącą plazmą wolnych kwarków, gluonów, leptonów i wysokoenergetycznych kwantów.
Koncepcja zakłada, że na świecie istnieje wiele izolowanych wszechświatów z różnymi urządzeniami.
Fizycy doszli do wniosku, że logika modelu inflacyjnego nie jest sprzeczna z ideą ciągłych, wielokrotnych narodzin nowych wszechświatów. Fluktuacje kwantowe - takie same jak te, które dały początek naszemu światu - mogą wystąpić w dowolnej ilości, pod warunkiem, że są odpowiednie warunki. Jest całkiem możliwe, że nasz wszechświat wyłonił się ze strefy fluktuacji utworzonej w poprzednim świecie. Można też założyć, że kiedyś i gdzieś w naszym Wszechświecie utworzy się fluktuacja, która „zdmuchnie” młody wszechświat zupełnie innego rodzaju. W tym modelu wszechświaty potomne mogą nieustannie pączkować. Co więcej, nie jest wcale konieczne, aby te same prawa fizyczne były ustanawiane w nowych światach. Koncepcja zakłada, że na świecie istnieje wiele izolowanych wszechświatów z różnymi urządzeniami.
Teoria cykliczności
Paul Steinhardt, jeden z fizyków, który położył podwaliny pod kosmologię inflacyjną, postanowił dalej rozwijać tę teorię. Naukowiec kierujący Centrum Fizyki Teoretycznej w Princeton, wraz z Neilem Turokiem z Perimeter Institute for Theoretical Physics, przedstawili alternatywną teorię w książce Endless Universe: Beyond the Big Bang („Infinite Universe: Beyond the Big Bang”). Ich model opiera się na uogólnieniu teorii superstrun kwantowych, znanej jako teoria M. Według niej świat fizyczny ma 11 wymiarów - dziesięć przestrzennych i jeden czasowy. „Pływają” w nim przestrzenie o niższych wymiarach, tzw. Branes (skrót od „membrana”). Nasz wszechświat jest tylko jedną z takich bran.
Model Steinhardta i Turoka dowodzi, że Wielki Wybuch nastąpił w wyniku zderzenia naszej brany z inną braną - nieznanym wszechświatem. W tym scenariuszu kolizje następują bez końca. Zgodnie z hipotezą Steinhardta i Turoka, inna trójwymiarowa brana „pływa” obok naszej brany, oddzielona niewielką odległością. Rozszerza się, spłaszcza i opróżnia, ale po bilionach lat brany zaczną się zbiegać i ostatecznie zderzać. Spowoduje to uwolnienie ogromnej ilości energii, cząstek i promieniowania. Ten kataklizm rozpocznie kolejny cykl ekspansji i ochłodzenia Wszechświata. Z modelu Steinhardta i Turoka wynika, że cykle te były w przeszłości iz pewnością powtórzą się w przyszłości. Jak te cykle się zaczęły, teoria milczy.
Wszechświat jest jak komputer
Inna hipoteza dotycząca budowy wszechświata mówi, że cały nasz świat to nic innego jak matryca lub program komputerowy. Idea, że wszechświat jest komputerem cyfrowym, została po raz pierwszy zaproponowana przez niemieckiego inżyniera i pioniera komputerowego Konrada Zuse w jego książce Calculating Space. Wśród tych, którzy również postrzegali wszechświat jako gigantyczny komputer, są fizycy Stephen Wolfram i Gerard 't Hooft.
Teoretycy fizyki cyfrowej zakładają, że wszechświat jest zasadniczo informacyjny, a zatem obliczalny. Z tych założeń wynika, że wszechświat można postrzegać jako wynik działania programu komputerowego lub cyfrowego urządzenia obliczeniowego. Tym komputerem mógłby być na przykład gigantyczny automat komórkowy lub uniwersalna maszyna Turinga.
Zasada nieoznaczoności w mechanice kwantowej nazywana jest pośrednim dowodem wirtualnej natury wszechświata.
Zgodnie z teorią każdy obiekt i zdarzenie ze świata fizycznego pochodzi z zadawania pytań i rejestrowania odpowiedzi „tak” lub „nie”. Oznacza to, że za wszystkim, co nas otacza, ukryty jest pewien kod, podobny do kodu binarnego programu komputerowego. A my jesteśmy rodzajem interfejsu, przez który pojawia się dostęp do danych „powszechnego internetu”. Zasada nieoznaczoności w mechanice kwantowej nazywana jest pośrednim dowodem wirtualnej natury Wszechświata: cząstki materii mogą istnieć w niestabilnej formie i są „unieruchamiane” w określonym stanie tylko podczas ich obserwacji.
Zwolennik fizyki cyfrowej, John Archibald Wheeler, napisał: „Nie byłoby nierozsądne wyobrażenie sobie, że informacje są zarówno w rdzeniu fizyki, jak iw rdzeniu komputera. Wszystko od małego. Innymi słowy, wszystko, co istnieje - każda cząstka, każde pole sił, nawet samo kontinuum czasoprzestrzenne - otrzymuje swoją funkcję, swoje znaczenie i ostatecznie samo istnienie”.
Pisarz tekstów Artem Luchko