Какво е станало преди Големия Взрив?
Рисунка изобразяваща Големия Скок – В ляво се вижда колапсираща Вселена, която се свива до точка с минимален краен размер и енергия (момента на Големия Взрив) и след това „подскача” в познатата ни Вселена, която живеем. (коментар Eon, снимка www.sciencephoto.com) | ScienceDaily (July 3, 2007) — Направени са нови открития за друга Вселена, чийто колапс изглежда е дал живот на тази, в която живеем сега. Те ще бъдат обявени в он-лайн изданието на списанието Нейчър Физикс на 1 Юли 2007 и ще бъдат публикувани в августувското издание на хартиеното издание на списанието.
"Докладът ми представя нов математически модел, който можем да използваме за да извлечем нови детайли за свойствата на квантовото състояние в пътуването му през Големия Подскок, който измества класическата идея за Голям Взрив като начало на нашата Вселена,” казва Мартин Боховалд, помощник професор по физика в Penn State. Изследването на Боховалд също предполага, че въпреки, че е възможно да се научи за много от свойствата на ранната Вселена, ние винаги ще бъдем несигурни за някои от тези свойства, защото калкулациите му разкриват „космическа забрава”, която резултира от екстремните квантови сили по време на Големия Подскок.
Идеята, че Вселената е изригнала в Голям Взрив е била голяма бариера в научните опити за разбирането на произхода на нашата разширяваща се Вселена, въпреки че Големия Взрив дълго време е считан от космолозите като най-добрия модел.
|
Както е описано от Общата теория на Относителността на Айнщайн, произхода на Големия Взрив е математически безмислено състояние – „сингулярност” от нулев обем, който обаче има безкрайна плътност и безкрайна енергия.
Сега обаче, Боховалд и други физици в Penn State изследват територия непозната дори и на Айнщайн – времето преди Големия Взрив – използвайки математическа машина на времето наречена Loop Quantum Gravity. Тази теория, която комбинира Общата Теория на Относителността с уравненията от квантовата физика, които не са съществували по времето на Айнщайн, е първото математическо описание за систематично установяване на съществуването на Големия Скок и извличане на свойствата на по-ранната Вселена, от която може би се е пръкнала нашата. За учените, Големия Скок отваря пукнатина в бариерата, която беше Големия Взрив.
"Общата теория на Относителността на Айнщайн не включва квантовата физика, която трябва да присъства за да може да обясните ектремно високите енергии, които са доминирали Вселената по време на ранната й еволюция,” обяснява Боховалд, „но ние имаме Loop Quantum Gravity, теория, която включва необходимата квантова физика.” Loop Quantum Gravity е била разработена и развита в института Penn State за Гравитационна Физика и Геометрия, и сега е водещия подход за унифицирането на общата относителност с квантовата физика. Учените използващи тази теория за да проследят нашата Вселена назад във времето са открили, че началната й точка има минимален обем, който не е нула и максимум енергия, която не е безкрайна. В резултат на тези граници, уравненията на теорията произвеждат валидни математически резултати отвъд точката на класическия Голям Взрив, даващ прозорец на учените, през който да надникнат във времето преди Големия Скок.
Теорията на квантовата гравитация индикира, че тъканта на пространство-времето има „атомна” геометрия, която е изтъкана с едноизмерни квантови нишки. Тази тъкан се скъсва бурно при екстремни условия доминирани от квантовата физика близо до Големия Скок, каращи гравитацията да стане силно отблъскваща, така че вместо да се изгуби в безкрайността както е предречено от Общата Теория на Относителността, Вселената се съживява (един вид подскача) в Голям Скок, който дава живот на нашата разширяваща се Вселена. Теорията разкрива свиваща се Вселена преди Големия Скок, с пространствено времева геометрия, която иначе е била подобна на нашата Вселена днес.
Боховалд открил, че трябва да създаде нов математически модел за да го използва с теорията на Loop Quantum Gravity за да разкрие Вселената преди Големия Скок с по-голяма прецизност. „Имаше нужда от по прецизен модел в Loop Quantum Gravity от съществуващите досега цифрови методи, които изискват успешни приближения на решенията и резултати, които не са генерални и пълни както си ни се искало,” обяснява Боховалд. Той е развил математически модел, който произвежда прецизни аналитични решения чрез решаването на серия от математически уравнения.
Освен точността, новия модел на Боховалд също е и по-кратък. Той реформулира квантово-гравитационните модели използвайки различни математически описания, които той казва, че са направили възможно решаването на уравненията и са опростили много изчисленията. "По ранният цифров модел изглеждаше много по-сложен, но решенията му изглеждаха много чисти/ясни, което беше знак, че може да съществува математическо опростяване,” казва той. Боховалд реформулира диференциалните уравнения на квантовата гравитация – което изисква много калкулации на многобройни последователни малки промени във времето – в интегрираща система – в която кумулативната дължина на времето може да се определи като се добавят всички малки нараствания.
Уравненията на модела изискват параметри, които описват акуратно състоянието на нашата сегашна Вселена, така че учените след това да могат да използват модела за да пътуват обратно във времето, математически „де-еволюирайки” Вселената за да разкрият състоянието й в ранните времена. Уравненията на модела също съдържат някои „свободни” параметри, които не се знаят все още до прецизност, но са необходими за описване на някои характеристики. Боховалд откри, че два от тези свободни параметри са допълнителни: единия е приложим изключително само след Големия Скок и другия е приложим изключително само преди Големия Скок. Тъй като един от тези свободни параметри всъщност няма влияние върху калкулациите на нашата текуща Вселена, Боховалд заключава, че не може да се използва като средство за back-калкулиране на стойността му в ранната Вселена преди Големия Скок.
Тези два свободни параметъра, които Боховалд открил, че са допълнителни, представят квантовата несигурност в общия обем на Вселената преди и след Големия Взрив. „Тези несигурности са допълнителни параметри, които се прилагат, когато поставите система в квантов контекст също като теорията на квантовата гравитация,” казва Боховалд. „Това е подобно на несигурните връзки в квантовата физика, където несигурност между позицията на даден обект и скоростта му – ако измерите едното, не можете едновременно да измерите другото.”
По подобен начин, трудът на Боховалд индикира, че има фактори на несигурност за обема на Вселената преди Големия Скок и Вселената след Големия Скок. „За всички практически цели, точният фактор на несигурност за обема на предишната Вселена, дори и с най-акуратните измервания никога няма да бъде определен чрез процедура на калкулиране назад от условията в нашата Вселена, дори и с най-акуратните изчисления, на които сме способни,” обяснява Боховалд. Това откритие предполага и по нататъшни ограничения за откриването на въпроса дали материята във Вселената преди Големия Взрив е била доминирана от квантови или класически свойства.
"Проблемът с предния цифров модел, е че човек не вижда ясно какви са свободните параметри и какво е тяхното влияние,” казва Боховалд. „Този математически модел ни дава подобрена изразителност, която съдържа всички свободни параметри и можете незабавно да видите влиянието на всеки един,” обяснява той. „След като уравненията се решат, вие незабавно си вадите заключенията от резултатите.”
Боховалд достигнал до допълнително заключение след като открил, че поне един от параметрите на предната Вселена не е оцелял след разходката през Големия Скок – че успешните Вселени вероятно не са перфектни копия една на друга. Той казва „Безкрайното повторение на абсолютно идентични Вселени изглежда е предотвратено от явното съществуване на някаква вътрешна космическа забрава (липса на памет).”
Изследването е спонсорирано, в частност от National Science Foundation.
Източник: http://www.sciencedaily.com/releases/2007/07/070702084231.htm