Alam semesta mempunyai permulaan. Tetapi di mana ia bermula? Awak menjadi seperti apa? Kita tahu bahawa semuanya bermula dengan pengembangan yang cukup pesat dan berakhir dengan sebilangan besar galaksi yang terbuat dari partikel kecil. Tetapi apa yang berlaku sebelum itu? Apa hukum fizik ketika semuanya bermula? Ahli fizik terkenal James Hartl dan Stephen Hawking menawarkan beberapa jawapan untuk soalan-soalan ini beberapa dekad yang lalu. Satu karya baru oleh kumpulan ahli fizik lain menganalisis tafsiran Hawking dan Hartle mengenai geometri Big Bang dan menghadapi beberapa masalah. Hasil ini menjelaskan masalah permulaan alam semesta. Halangan baru yang mesti diatasi oleh semua teori masa depan.
"Kami cuba melakukan pengiraan yang lebih ketat dan mendapat penyelesaian yang berbeza," kata Job Feldbrügge, seorang pelajar siswazah di Institut Perimeter. "Teori yang kami gunakan memberi penerangan baru pada teori yang ada dan menunjukkan bahawa teori itu mungkin tidak berfungsi seperti yang kami harapkan."
Para saintis biasanya cuba memahami permulaan alam semesta dengan melihat hukum graviti Einstein, yang disebut relativiti umum, dan memainkannya ke belakang. Lagipun, mereka ingin sampai ke titik di mana alam semesta sangat kecil. Tetapi persoalan yang paling menarik muncul mengenai bagaimana alam semesta muda, apakah itu cukup kecil untuk mematuhi undang-undang mekanik kuantum, yang mengatur zarah, atom dan foton terkecil.
Terdapat beberapa cara untuk memulakan alam semesta seperti kita. Mungkin, menurut Hawking dan Hartle, alam semesta pekat ini hanya satu titik di ruang dengan keadaan kuantum khas, fungsi gelombang yang disebut, yang menggambarkan semuanya dalam bahasa mekanik kuantum. Kemudian tiba masanya. Falsafah dan agama perlu banyak membincangkan topik ini, tetapi ahli matematik hanya memerlukan pen dan kertas. Alam semesta seperti titik ini berkembang dari matematik relativiti umum dengan sifat semula jadi mekanik kuantum yang dibina dalam strukturnya. Oleh itu, fluktuasi tenaga rawak kecil di angkasa seharusnya, dalam jangka masa pengembangan yang cepat - inflasi - berubah menjadi perbezaan ketumpatan skala besar yang kita perhatikan di Alam Semesta moden, dengan galaksi dan rongga. Teori Hawking dan Hartle adalah salah satu daripada beberapa cara untuk menandakan permulaan alam semesta tanpa singularitas, titik sifar isipadu, dan jisim tak terhingga yang tidak masuk akal. Idea-idea lain, seperti yang dikemukakan oleh Alexander Vilenkin, tidak menunjukkan keunikan awal ini.
Artikel baru yang baru-baru ini muncul di pelayan pracetak arXiv memperkenalkan masalah. Dalam pengiraan dalam matematik Hawking, Hartles, dan Vilenkin, pasukan baru tidak mendapat turun naik kuantum kecil yang diperlukan untuk membuat alam semesta masa kini. Sebaliknya, turun naik ini sangat besar dan mencipta alam semesta yang sama sekali berbeza dengan alam kita.
"Pengiraan yang kami buat membawa kepada gelombang graviti yang kuat setelah Big Bang," kata Feldbrugge - turun naik besar dalam bentuk masa ruang itu sendiri. "Ia tidak dapat menuju ke alam semesta seperti sekarang ini. Pengiraannya bertentangan dengan apa yang kita lihat."
Hartl tidak terlalu bimbang dengan keputusan pasukan Feldbrugge. "Dalam kosmologi, kami masih memiliki terlalu sedikit data dibandingkan dengan apa yang mungkin terjadi," katanya. "Oleh itu, kami melakukan yang terbaik untuk menyokong teori yang paling sesuai dengan pemerhatian kami." Dia melihat karya baru itu sebagai usaha lain untuk mengubah permainan dengan menawarkan lebih banyak maklumat dan jalan matematik yang berbeza yang dapat diikuti oleh para saintis. "Penyelidik mempunyai hak untuk memilih sama ada mengejar idea ini atau yang lain."
Pasukannya juga baru-baru ini menerbitkan makalah lain yang mengkaji matematiknya sendiri dan menunjukkan mengapa teorinya masih berfungsi.
Video promosi:
Namun matematik Feldbrugge dan pasukannya nampaknya menunjukkan bahawa penampilan alam semesta yang mulus tanpa keunikan adalah "bukan pilihan" Matematik mereka secara langsung mempertikaikan Hartle dan Hawking.
Menghubungkan mekanik kuantum dan relativiti umum untuk menjelaskan permulaan alam semesta bukanlah perkara baru atau hampir tidak dapat diselesaikan. Sebenarnya, ini adalah salah satu masalah utama yang cuba diselesaikan oleh ahli fizik teori, memandangkan kepentingannya untuk memahami asal usul alam semesta, ketika kedua-dua set undang-undang tersebut diterapkan pada skala yang sama, dan pentingnya lubang hitam di mana graviti sangat kuat sehingga cahaya tidak boleh meninggalkannya.
Tetapi yang paling penting, Feldbrugge tidak percaya bahawa alam semesta yang bermula dengan undang-undang mekanik kuantum dan relativiti dapat menimbulkan turun naik kecil yang akan membawa ke alam semesta seperti kita - dia fikir pasti ada sesuatu yang lain. "Tidak jelas penyelesaian mana yang akan menjadi pilihan terakhir," katanya.
Pendapat ahli fizik mengenai masalah ini sangat berbeza. Paul Steinhardt, profesor fizik di Princeton University, mengatakan sudah ada cara alternatif untuk mengelakkan masalah dalam pekerjaan baru, serta aduan lain mengenai model Hawking-Hartle. Model yang tidak terhingga ini memerlukan beberapa kaedah penyelesaian matematik untuk mencipta alam semesta seperti kita.
Apa alternatifnya? Lantunan tanpa keunikan,”katanya, merujuk pada model yang dia kembangkan dengan ahli kosmologi teoritis yang berpusat di Princeton, Anna Idjas. Menurut model ini, alam semesta runtuh dan kemudian terbentang ke alam semesta kita sendiri, jauh sebelum seseorang dapat mula memikirkan kesan mekanik kuantum.
Sabine Hossenfelder, seorang penyelidik di Institut Kajian Lanjutan Frankfurt, tidak yakin dengan hasil baru. Satu-satunya perkara yang dapat saya simpulkan ialah kita tidak tahu bagaimana alam semesta bermula sebelum karya ini ditulis. Dan kami tidak mengetahuinya setelah karya ini diterbitkan”. Ahli teori memandang serius matematik dan telah melakukan pengiraan ini dengan masa dan ruang jauh sebelum teleskop mengesahkannya. Satu-satunya cara untuk mengetahui dengan pasti apa yang berlaku adalah melalui percubaan.
Hari ini, kebanyakan teori ini dapat disahkan atau dibantah oleh pemerhatian cahaya tertua yang turun kepada kita, latar belakang gelombang mikro kosmik. Para saintis berharap pandangan dari teori mereka akan membantu mengasingkan tanda tangan penting dari data ini.
Adakah mungkin untuk memeriksa kerja Feldbrugge dan pasukannya? Mereka baru bermula. Jelas sekali, akan memerlukan masa yang lama untuk diperiksa. Para saintis akhirnya perlu mencipta alam semesta yang menyerupai alam kita. Tetapi perincian proses ini belum ditentukan.
ILYA KHEL
