Bagaimana dan bagaimana alam semesta bermula? Hampir semua agama, kepercayaan dan agama menawarkan jawapan kepada persoalan ini, yang sudah lama seperti di dunia. Tetapi sains telah memandang seriusnya baru-baru ini - hanya pada abad ke-20.
Jawapan paling mudah adalah yang paling pendek - semuanya bermula dengan Big Bang. Ini dibuktikan dengan penyelesaian semua model evolusi Alam Semesta yang wajar, yang dibina berdasarkan teori relativiti umum. Sekiranya kita menggulungnya kembali ke masa yang lalu, kita pasti akan memukul saat ketumpatan dan suhu jirim menjadi tidak terbatas. Ia juga harus diambil sebagai asal, titik waktu sifar. Adalah mustahil untuk meneruskan penyelesaian terhadap bidang masa sebelumnya: matematik tidak membenarkan.
Satu-satunya jalan keluar
Ahli fizik tidak pernah menyukai keadaan ini. Sejak mereka belajar untuk menghitung model dunia yang ketat, harapan untuk menghilangkan infiniti dan melihat, hingga sekarang, menjadi masa lalu Big Bang, tidak hilang. Tetapi semua percubaan untuk mencari model yang munasabah dari "tanpa permulaan", dengan kata lain, Alam Semesta yang kekal, ternyata tidak berjaya. Keadaan ini berterusan setelah awal 1980-an mengembangkan model pengembangan inflasi Alam Semesta awal, yang didasarkan bukan hanya pada relativiti umum, tetapi juga pada hipotesis vakum palsu yang dipinjam dari teori bidang kuantum.
Inflasi adalah pengembangan Alam Semesta yang sangat pantas pada awal keberadaannya. Ini timbul kerana kenyataan bahawa vakum pada masa ini berada dalam keadaan dengan ketumpatan tenaga positif yang sangat tinggi, melebihi nilai minimumnya. Vakum dengan ketumpatan tenaga yang paling rendah disebut benar, dengan yang lebih tinggi - salah. Sebarang vakum positif bertindak sebagai anti-graviti, ia menjadikan ruang mengembang. Vakum palsu dengan ketumpatan tenaga yang sangat tinggi juga sangat tidak stabil, ia cepat hancur, dan tenaganya dihabiskan untuk pembentukan sinaran dan zarah yang dipanaskan hingga suhu yang sangat tinggi. Kerosakan vakum inilah yang disebut Big Bang. Ia meninggalkan ruang biasa yang penuh dengan bahan gravitasi, yang mengembang pada kadar sederhana.
Namun, ada satu senario yang mengatasi jalan buntu matematik yang tidak terhingga. Menurut senario ini, Alam Semesta muncul dari apa-apa, lebih tepatnya, dari keadaan di mana tidak ada masa, atau ruang, atau perkara dalam pengertian klasik istilah-istilah ini. Pada pandangan pertama, idea ini kelihatan tidak masuk akal - bagaimana tidak ada yang dapat menimbulkan sesuatu? Atau, beralih dari metafora ke fizik, bagaimana anda dapat menggunakan undang-undang pemuliharaan asas? Katakanlah undang-undang pemuliharaan tenaga, yang dianggap mutlak. Tenaga jirim dan sinaran selalu positif, jadi bagaimana ia boleh timbul dari keadaan tanpa tenaga?
Video promosi:
Mengenai faedah pengasingan
Nasib baik, kesukaran ini dapat diselesaikan sepenuhnya - bagaimanapun, bukan untuk alam semesta, tetapi hanya untuk yang tertutup. Ini dapat dibuktikan bahawa jumlah tenaga bagi setiap alam semesta tertutup sama sekali sifar. Bagaimana ini dapat terjadi, kerana alam semesta dipenuhi dengan jirim dan sinaran? Walau bagaimanapun, terdapat juga tenaga graviti, yang diketahui negatif. Ternyata di alam semesta tertutup sumbangan tenaga positif zarah dan medan elektromagnetik dikompensasi dengan sama besarnya dan bertentangan dalam kontribusi tanda medan graviti, sehingga jumlah tenaga sentiasa sifar. Kesimpulan ini berlaku bukan hanya untuk tenaga, tetapi juga untuk muatan elektrik. Di alam tertutup, sebarang cas positif semestinya disertakan dengan caj yang sama dengan tanda tolak, sehingga jumlah semua cas sekali lagi sifar. Perkara yang sama dapat dinyatakan mengenai kuantiti fizikal lain yang mematuhi undang-undang pemeliharaan yang ketat.
Apa yang berikut dari ini? Sekiranya alam semesta tertutup timbul daripada kekosongan mutlak, semua kuantiti terpelihara adalah sama dan kekal sifar. Ternyata undang-undang pemuliharaan asas tidak melarang kelahiran sama sekali. Sekarang mari kita ingat bahawa proses mekanik kuantum yang tidak dilarang oleh undang-undang ini dapat terjadi, walaupun dengan kebarangkalian yang sangat rendah. Oleh itu, lahirnya alam semesta yang tertutup dari apa-apa pada dasarnya mungkin. Ini adalah bagaimana mekanik kuantum berbeza dari mekanik klasik, di mana kekosongan itu sendiri tidak dapat menimbulkan apa-apa.
Hingga awal masa
Kemungkinan kelahiran alam semesta yang berbeza secara spontan mengikut senario ini dapat dikira: fizik mempunyai alat matematik untuk ini. Secara intuitif jelas bahawa mereka jatuh ketika ukuran alam semesta meningkat, dan persamaannya mengesahkan ini: Alam semesta Lilliputian lebih cenderung timbul daripada alam semesta yang lebih besar. Pada masa yang sama, ukuran alam semesta dikaitkan dengan sifat-sifat vakum palsu yang mengisinya: semakin tinggi ketumpatan tenaganya, semakin kecil alam semesta. Jadi, peluang maksimum kelahiran spontan diberikan kepada alam semesta mikro tertutup yang dipenuhi dengan vakum bertenaga tinggi.
Sekarang katakan bahawa kebarangkalian bekerja untuk senario ini dan alam semesta tertutup dilahirkan tanpa apa-apa. Vakum palsu menimbulkan graviti negatif, yang memaksa alam semesta yang baru lahir mengembang dan tidak menguncup. Akibatnya, dia akan berkembang dari saat awal yang memperbaik kelahirannya secara spontan. Ketika menghampiri saat ini dari perspektif masa depan, kita tidak mengalami infiniti. Tetapi persoalan tentang apa yang berlaku sebelum saat ini tidak masuk akal, sejak itu tidak ada masa dan ruang.
Mesti mempunyai permulaan
Beberapa tahun yang lalu, saya, bersama dua pengarang bersama, membuktikan sebuah teorema yang secara langsung berkaitan dengan masalah kita. Secara kasar, dia berpendapat bahawa mana-mana alam semesta yang berkembang rata-rata mempunyai permulaan. Penjelasan "rata-rata" mempunyai arti bahawa pada beberapa tahap alam semesta dapat berkontrak, tetapi sepanjang keberadaannya masih terus berkembang. Dan kesimpulan mengenai keberadaan awal bermaksud bahawa alam semesta ini mempunyai kisah-kisah yang, ketika berlanjutan ke masa lalu, terputus, garis dunia mereka mempunyai titik permulaan tertentu. Sebaliknya, setiap alam semesta yang ada selama-lamanya tidak dapat memiliki garis dunia seperti itu, semua kisahnya terus menerus turun ke masa lalu hingga kedalaman yang tidak terbatas. Dan kerana alam semesta yang lahir akibat proses inflasi memenuhi syarat teorema,mereka mesti mempunyai permulaan.
Anda juga dapat mensimulasikan secara matematik alam semesta tertutup yang berada dalam keadaan statik untuk waktu yang lama, dan kemudian mulai berkembang. Jelas bahawa teorema kita tidak berlaku untuknya, kerana kadar pengembangannya yang rata-rata masa adalah sifar. Walau bagaimanapun, alam semesta seperti ini akan selalu berpeluang runtuh: ini diperlukan oleh mekanik kuantum. Kebarangkalian keruntuhan mungkin sangat kecil, tetapi kerana alam semesta berada dalam keadaan statik untuk waktu yang tidak terbatas, itu pasti akan berlaku, dan alam semesta seperti itu tidak akan hidup untuk berkembang. Oleh itu, kita kembali pada kesimpulan bahawa alam semesta yang sedang berkembang mesti mempunyai permulaan. Secara semula jadi, ia juga berlaku untuk alam semesta kita sendiri.
Alexander Vilenkin, pengarah Institut Kosmologi di Universiti Tufts, pengarang The World of Many Worlds. Ahli fizik mencari alam semesta lain”.
Ditemu ramah oleh: Alexey Levin, Oleg Makarov, Dmitry Mamontov
