Ce s-a întâmplat înainte de Big Bang?

La început, exista o bilă de materie infinit de densă și minusculă. Apoi, totul a dat naștere, dând naștere atomilor, moleculelor, stelelor și galaxiilor pe care le vedem astăzi.

Sau cel puțin, asta ne-a spus fizicienii în ultimele câteva decenii. 

Însă, noi cercetări teoretice în fizică au dezvăluit recent o posibilă fereastră către universul foarte timpuriu, arătând că este posibil să nu fie „foarte devreme” până la urmă. În schimb, poate fi doar cea mai recentă iterație a unui ciclu de respingere care s-a desfășurat de… bine, cel puțin o dată, și posibil pentru totdeauna. 

Desigur, înainte ca fizicienii să decidă să arunce Big Bang-ul în favoarea unui ciclu de bang-bounce, aceste predicții teoretice vor trebui să supraviețuiască unui atac al testelor de observație.

Salvează cosmologiile

Oamenii de știință au o imagine foarte bună despre universul foarte timpuriu, lucru pe care îl cunoaștem și îl iubim ca teoria Big Bang. În acest model, cu mult timp în urmă, universul era mult mai mic, mult mai fierbinte și mult mai dens decât este în prezent. În acel infern timpuriu în urmă cu 13,8 miliarde de ani, toate elementele care ne fac ceea ce suntem s-au format în intervalul de aproximativ o duzină de minute.

Chiar și mai devreme, această gândire merge, la un moment dat, întregul nostru univers - toate stelele, toate galaxiile, toate lucrurile - erau de dimensiunea unei piersici și aveau o temperatură de peste un sfert de grade.

În mod uimitor, această poveste fantastică ține toate observațiile actuale. Astronomii au făcut totul, de la observarea radiațiilor electromagnetice rămase din universul tânăr până la măsurarea abundenței celor mai ușoare elemente și au descoperit că toate se aliniază cu ceea ce prevede Big Bang. Din câte putem spune, acesta este un portret exact al universului nostru timpuriu.

Dar la fel de bine, știm că imaginea Big Bang nu este completă - lipsește o piesă de puzzle, iar acea piesă este cea mai timpurie clipă a universului în sine.

Este o piesă destul de mare.

Legate de: Din Big Bang până în prezent: instantanee ale universului nostru de-a lungul timpului

Conflagrația

Problema este că fizica pe care o folosim pentru a înțelege universul timpuriu (o minuscule minune complicată a relativității generale și a fizicii cu particule de mare energie) ne poate duce doar până acum înainte de a ne descompune. Pe măsură ce încercăm să împingem din ce în ce mai adânc în primele momente ale cosmosului nostru, matematica devine din ce în ce mai greu de rezolvat, până la punctul în care tocmai ... renunță.

Principalul semn că avem încă un teren de explorat este prezența unei „singularități” sau a unui punct de densitate infinită la începutul Big Bang-ului. Luat la valoarea nominală, acest lucru ne spune că la un moment dat, universul a fost înghesuit într-un punct infinit de mic, infinit de dens. Acest lucru este în mod evident absurd, iar ceea ce ne spune cu adevărat este că avem nevoie de fizică nouă pentru a rezolva această problemă - setul nostru actual de instrumente nu este suficient de bun.

Legate de: 8 moduri prin care poți vedea teoria relativității din Einstein în viața reală

Pentru a salva ziua avem nevoie de ceva fizică nouă, ceva care să poată manipula gravitația și celelalte forțe, combinate, la energii ultrahigh. Și exact asta pretinde teoria coardelor: un model de fizică care este capabil să manipuleze gravitația și celelalte forțe, combinate, la energii ultrahigh. Ceea ce înseamnă că teoria coardelor susține că poate explica primele momente ale universului.

Una dintre cele mai vechi noțiuni de teorie a șirurilor este universul „ekpyrotic”, care provine de la cuvântul grecesc pentru „conflagration”, sau foc. În acest scenariu, ceea ce știm ca Big Bang a fost provocat de altceva care se întâmpla înainte - Big Bang nu a fost un început, ci o parte a unui proces mai mare.

Extinderea conceptului ekpirotic a dus la o teorie, motivată din nou de teoria coardelor, numită cosmologie ciclică. Presupun că, din punct de vedere tehnic, ideea universului care se repetă continuu este veche de mii de ani și este anterioară fizicii, dar teoria șirurilor a dat ideii o bază matematică fermă. Universul ciclic se desfășoară exact așa cum v-ați putea imagina, sărind continuu între bretonii mari și crizele mari, potențial pentru eternitate în timp și pentru eternitate în viitor..

Înainte de început

Oricât de cool pare, versiunile timpurii ale modelului ciclic au avut dificultăți în a potrivi observațiile - ceea ce este o problemă majoră atunci când încerci să faci știință și nu doar să spui povești în jurul focului de tabără. 

Principalul obstacol a fost de acord cu observațiile noastre asupra fundalului cosmic cu microunde, restul luminii fosile de pe vremea când universul avea doar 380.000 de ani. În timp ce nu putem vedea direct dincolo de peretele de lumină, dacă începeți teoretic cu fizica cosmosului infantil, afectați modelul de lumină ulterioară.

Și așa, părea că un univers ciclic era o idee îngrijită, dar incorectă.

Dar lanterna ekpirotică a fost ținută aprinsă de-a lungul anilor, iar o lucrare publicată în ianuarie în baza de date arXiv a explorat ridurile din matematică și a descoperit câteva oportunități ratate anterior. Fizicienii, Robert Brandenberger și Ziwei Wang, de la Universitatea McGill din Canada, au descoperit că, în momentul „respirației”, când universul nostru se micșorează într-un punct incredibil de mic și se întoarce într-un stat Big Bang, este posibil să se alinieze totul pentru a obține rezultatul testat observațional corespunzător.

Cu alte cuvinte, fizica complicată (și, cu siguranță, slab înțeleasă) a acestei epoci critice poate într-adevăr permite o viziune revizuită radical asupra timpului și locului nostru în cosmos.

Dar pentru a testa pe deplin acest model, va trebui să așteptăm o nouă generație de experimente de cosmologie, așa că haideți să așteptăm să dezlănțuim șampania ekpirotică.

Paul M. Sutter este astrofizician la SUNY Stony Brook și Institutul Flatiron, gazdă Întrebați un Spaceman și Radio spațială, și autor al Locul tău în Univers.

• Cele mai mari mistere nesoluționate din fizică
• Cele mai ciudate 12 obiecte din univers
• Big Bang către civilizație: 10 evenimente de origine uimitoare

Publicat inițial la .

OFERTA: Economisiți 45% pe „Cum funcționează„ Tot despre spațiu ”și„ Tot despre istorie ”!

Pentru o perioadă limitată de timp, puteți extrage un abonament digital la oricare dintre cele mai vândute reviste științifice pentru doar 2,38 USD pe lună sau 45% din prețul standard pentru primele trei luni.