Co se stalo před Velkým třeskem?

Na začátku byla nekonečně hustá, malá koule hmoty. Pak to všechno šlo a vytvořilo atomy, molekuly, hvězdy a galaxie, které dnes vidíme.

Nebo alespoň to je to, co nám říkali fyzici za několik posledních desetiletí. 

Ale nový výzkum teoretické fyziky nedávno odhalil možné okno do velmi raného vesmíru, což ukazuje, že to nemusí být nakonec „velmi brzy“. Místo toho se může jednat o poslední iteraci cyklu odrazu, který probíhal… dobře, alespoň jednou a možná navždy. 

Předtím, než se fyzici rozhodnou vyhodit Velký třesk ve prospěch cyklu odrazu, budou muset tyto teoretické předpovědi přežít nápor pozorovacích testů..

Skákající kosmologie

Vědci mají opravdu dobrý obraz velmi raného vesmíru, něčeho, co známe a milujeme jako teorii Velkého třesku. V tomto modelu byl dávno dávno vesmír mnohem menší, mnohem teplejší a mnohem hustší než dnes. V tom časném pekle před 13,8 miliardami let byly všechny prvky, které nás dělaly tím, čím jsme, vytvořeny v rozpětí asi tuctu minut..

Dokonce dříve, toto myšlení jde, v určitém okamžiku celý náš vesmír - všechny hvězdy, všechny galaxie, všechno - - byla velikost broskve a měla teplotu přes čtyřmi miliony stupňů.

Je úžasné, že tento fantastický příběh vydrží všechna současná pozorování. Astronomové provedli vše od pozorování zbytkového elektromagnetického záření z mladého vesmíru až po měření množství nejlehčích prvků a zjistili, že se všichni shodují s tím, co předpovídá Velký třesk. Pokud víme, jedná se o přesný portrét našeho raného vesmíru.

Ale jak dobře je, víme, že obrázek Velkého třesku není úplný - chybí kousek skládačky a ten kus je nejranější okamžiky samotného vesmíru..

To je docela velký kus.

Příbuzný: Od Velkého třesku po současnost: Snímky našeho vesmíru v čase

Oheň

Problém je v tom, že fyzika, kterou používáme k porozumění raného vesmíru (nádherně komplikovaná směsice obecné relativity a fyziky vysokoenergetických částic), nás může vzít až tak daleko, než se zhroutí. Když se snažíme tlačit hlouběji a hlouběji do prvních okamžiků našeho vesmíru, matematika se stává těžší a těžší vyřešit, až k bodu, kdy to prostě ... skončí.

Hlavním znakem toho, že musíme ještě prozkoumat terén, je přítomnost „jedinečnosti“ nebo bodu nekonečné hustoty na začátku Velkého třesku. Toto bylo vzato v nominální hodnotě, což nám říká, že v jednom bodě byl vesmír napěchován do nekonečně malého, nekonečně hustého bodu. To je zjevně absurdní a to, co nám opravdu říká, je, že k vyřešení tohoto problému potřebujeme novou fyziku - naše současná sada nástrojů prostě nestačí.

Příbuzný: 8 způsobů, jak můžete vidět Einsteinovu teorii relativity v reálném životě

Abychom zachránili den, potřebujeme nějakou novou fyziku, něco, co je schopno zvládnout gravitaci a další síly, kombinované, při extrémně vysokých energiích. A to je přesně to, co teorie strun tvrdí: model fyziky, který je schopen zvládnout gravitaci a další síly kombinované při ultravysokých energiích. Což znamená, že teorie strun tvrdí, že může vysvětlit nejranější okamžiky vesmíru.

Jedním z nejčasnějších pojmů teorie strun je „ekpyrotický“ vesmír, který vychází z řeckého slova „požár“. V tomto scénáři to, co známe jako Velký třesk, vyvolalo něco jiného, ​​co se dělo před tím - Velký třesk nebyl začátek, ale jedna část většího procesu.

Rozšíření ekpyrotického konceptu vedlo k teorii, opět motivované teorií strun, zvané cyklická kosmologie. Předpokládám, že technicky je myšlenka vesmíru, která se neustále opakuje, stará o tisíce let a předchází fyzice, ale teorie strun dala této myšlence pevné matematické základy. Cyklický vesmír probíhá přesně tak, jak si dokážete představit, neustále se skáče mezi velkými třesky a velkými drtími, potenciálně pro věčnost zpět v čase a pro věčnost do budoucnosti.

Před začátkem

Jak to zní, ranné verze cyklického modelu měly potíže s pozorováním - což je hlavní problém, když se snažíte dělat vědu a ne jen vyprávět příběhy kolem ohně.. 

Hlavní překážkou bylo souhlasit s našimi pozorováními kosmického mikrovlnného pozadí, fosilního světla zbylého z doby, kdy byl vesmír jen 380 000 let starý. I když nevidíme přímo za tou stěnou světla, pokud začnete teoreticky pohrávat s fyzikou kojeneckého vesmíru, ovlivníte tento vzorec dosvitu.

Zdálo se tedy, že cyklický vesmír je čistý, ale nesprávný nápad.

Ekotropická pochodeň se však v průběhu let stále osvětlila a noviny publikované v lednu do databáze arXiv prozkoumaly vrásky v matematice a odhalily některé dříve zmeškané příležitosti. Fyzici Robert Brandenberger a Ziwei Wang z McGill University v Kanadě zjistili, že v okamžiku „odrazu“, když se náš vesmír zmenší na neuvěřitelně malý bod a vrátí se do stavu Velkého třesku, je možné vše vyrovnat a získat správně pozorovaný výsledek.

Jinými slovy, komplikovaná (a sice špatně pochopená) fyzika této kritické epochy může skutečně umožnit radikálně revidovaný pohled na náš čas a místo ve vesmíru..

Abychom tento model mohli plně otestovat, budeme muset počkat na novou generaci kosmologických experimentů, takže počkejte, až se nám podaří vypuknout ekpyrotické šampaňské.

Paul M. Sutter je astrofyzik na SUNY Stony Brook a Flatironův institut, hostitel Zeptejte se Spacemana a Vesmírné rádio, a autor Vaše místo ve vesmíru.

• Největší nevyřešená tajemství ve fyzice
• 12 nejpodivnějších objektů ve vesmíru
• Velký třesk civilizaci: 10 úžasných událostí původu

Původně publikováno dne .

NABÍDKA: Ušetřete 45% za „Jak to funguje“ Vše o vesmíru a Vše o historii!

Na omezenou dobu můžete uzavřít digitální předplatné kteréhokoli z našich nejprodávanějších vědeckých časopisů za pouhých 2,38 $ měsíčně nebo 45% slevu ze standardní ceny za první tři měsíce.Zobrazit nabídku