Вселената имаше начало. Но откъде започна? В какво се превърнахте в началото? Знаем, че всичко започна с доста бързо разширяване и завърши с появата на голям брой галактики, направени от малки частици. Но какво дойде преди това? Какви бяха законите на физиката, когато всичко започна? Известните физици Джеймс Хартл и Стивън Хокинг предложиха няколко отговора на тези въпроси преди няколко десетилетия. Нова работа на друга група физици анализира популярната интерпретация на Хокинг и Хартъл за геометрията на Големия взрив и среща някои проблеми. Тези резултати хвърлят светлина върху проблема за началото на Вселената. Нова пречка, която всички теории за бъдещето ще трябва да преодолеят.
„Опитахме се да направим по-стриктно изчисление и получихме различно решение“, казва Йов Фелдбрюге, резидентен студент в Института за периметър. "Теорията, която използваме, хвърля нова светлина върху съществуващата теория и показва, че тя може да не работи както сме очаквали."
Обикновено учените се опитват да разберат началото на Вселената, като разглеждат законите на Айнщайн за гравитацията, наречени обща теория на относителността, и ги възпроизвеждат назад. В края на краищата те искат да стигнат до точката, в която Вселената е била много малка. Но възникват най-интересните въпроси за това как е изглеждала младата Вселена, дали е била достатъчно малка, за да се подчинява на законите на квантовата механика, която управлява най-малките частици, атоми и фотони.
Има няколко начина да създадем вселена като нашата. Може би, мислеха Хокинг и Хартъл, тази кондензирана вселена е само една точка в пространството със специално квантово състояние, така наречената вълнова функция, която описва всичко на езика на квантовата механика. После дойде време. Философията и религията трябва да говорят много по тази тема, но математиците просто се нуждаят от писалка и хартия. Тази точкова вселена се е развила на основата на математиката на общата теория на относителността с оригиналните свойства на квантовата механика, вградени в нейната структура. По този начин тези малки случайни колебания на енергия в космоса трябва да се превърнат в процеса на бързо разширяване - инфлация - в мащабни разлики в плътността, които наблюдаваме в съвременната Вселена, с галактики и кухини. Теорията на Хокинг и Хартъл беше един от няколкото начина да се отбележи началото на вселена без сингулярност, точка с нулев обем и безкрайна маса, която нямаше особен смисъл. Други идеи, като тези, предложени от Александър Виленкин, не предполагат тази първоначална особеност.
Нова статия, която наскоро се появи на сървъра за предпечат на arXiv, създава проблем. При изчисленията по математика на Хокинг, Хартълс и Виленкин, новият екип не получи малките квантови колебания, необходими за създаването на днешната Вселена. Вместо това тези колебания са гигантски и създават вселена, напълно различна от нашата.
„Изчисленията, които направихме, водят до силни гравитационни вълни след Големия взрив“, казва Фелдбруг - огромни колебания във формата на самото пространство-време. „Не може да доведе до вселена, каквато е днес. Изчисленията противоречат на това, което виждаме."
Хартл не е особено притеснен от резултатите на отбора на Фелдбруге. „В космологията все още имаме твърде малко данни в сравнение с това, което би могло да бъде“, казва той. "Затова правим всичко възможно, за да подкрепим теорията, която най-добре отговаря на нашите наблюдения." Той вижда новата работа като поредния опит да обърне играта, като предлага повече информация и различен математически път, който учените могат да следват. „Изследователите имат право да избират дали да преследват тази или друга идея.“
Неотдавна екипът му публикува друга статия, която преразглежда собствената му математика и демонстрира защо теорията му все още работи.
Промоционално видео:
И все пак математиката на Фелдбруг и неговия екип изглежда показва, че гладкият външен вид на вселена без особеност не е "вариант". Тяхната математика директно оспорва Хартъл и Хокинг.
Свързването на квантовата механика и общата теория на относителността, за да се обясни началото на Вселената, не е нито ново, нито почти разрешено. Всъщност това е един от основните проблеми, които физиците-теоретици се опитват да решат, като се има предвид неговото значение за разбирането на произхода на Вселената, когато и двата комплекта закони се прилагат в един и същ мащаб, и значението за черните дупки, в които гравитацията е толкова силна, че не може да я напусне.
Но най-важното е, че Фелдбруг не вярва, че вселена, започнала със законите на квантовата механика и относителността, може да създаде малки колебания, които биха довели до вселена като нашата - той смята, че трябва да има нещо друго. "Не е ясно кое решение ще бъде крайният вариант", казва той.
Мненията на физиците по този въпрос са много различни. Пол Стайнхард, професор по физика в Принстънския университет, казва, че вече има алтернативни начини за избягване на проблеми на нова работа, както и други оплаквания относно модела на Хокинг-Хартъл. Този така наречен неограничен модел изисква някои математически решения за създаване на вселена като нашата.
„Каква е алтернативата? Скачане без особеност “, казва той, позовавайки се на модел, който разработва с теоретичния космолог, базиран в Принстън Анна Иджас. Според този модел Вселената се срива и след това се разгръща в нашата собствена Вселена, много преди човек да може да започне да мисли за ефектите на квантовата механика.
Сабине Хосенфелдер, научен сътрудник във Франкфуртския институт за напреднали изследвания, не е сигурна в новите резултати. „Единственото нещо, което мога да заключа е, че не знаехме как е започнала Вселената, преди да бъде написана тази работа. И не го знаехме след публикуването на тази работа”. Теоретиците приемат математиката сериозно и правят тези изчисления във времето и пространството много преди телескопите да ги потвърдят. Единственият начин да разберете със сигурност какво се случва е чрез експериментиране.
Днес повечето от тези теории могат да бъдат потвърдени или опровергани чрез наблюдения на най-старата светлина, дошла до нас, космическия микровълнов фон. Учените се надяват, че прозренията от техните теории ще помогнат да се изолират важни подписи от тези данни.
Възможно ли е да се провери работата на Фелдбруг и неговия екип? Те просто започват. Явно ще отнеме много време за проверка. Учените в крайна сметка трябва да създадат вселена, която прилича на нашата. Но подробностите за този процес все още не са определени.
ИЛЯ ХЕЛ