Ahli fizik teori dan ahli kosmologi harus mencari jawapan kepada soalan yang paling mendasar: "Mengapa kita di sini?", "Bilakah Alam Semesta muncul?" dan "Bagaimana ini berlaku?" Namun, di sebalik pentingnya mencari jawapan untuk soalan-soalan ini, ada pertanyaan yang membayangi mereka semua dengan minatnya: "Apa yang terjadi sebelum Big Bang?"
Mari kita jujur: kita tidak dapat menjawab soalan ini. Tiada siapa yang boleh. Tetapi bagaimanapun, tidak ada yang melarang membuat spekulasi mengenai topik ini dan mempertimbangkan beberapa andaian menarik? Sean Carroll dari Institut Teknologi California, misalnya, bersetuju dengan ini. Bulan lalu, Carroll menghadiri pertemuan dua tahunan Persatuan Astronomi Amerika, di mana dia mencadangkan beberapa senario "pra-letupan" yang "akord terakhir" boleh menjadi kemunculan alam semesta kita. Sekali lagi, ini hanya spekulasi, bukan teori, jadi harap pertimbangkan.
"Pada waktu itu, untuk mengetahui, undang-undang fisika yang kita ketahui belum berlaku, kerana" ketika itu "mereka belum ada," kata Carroll.
Apabila ahli fizik mengatakan bahawa mereka tidak tahu apa yang terjadi ketika itu, mereka mengatakannya dengan serius. Segmen sejarah ini berada dalam kegelapan yang tidak dapat ditembusi,”kata Peter Voight, ahli fizik teori di Columbia University.
Salah satu sifat paling aneh di alam semesta kita adalah bahawa ia mempunyai tahap entropi yang sangat rendah. Istilah ini mempunyai banyak tafsiran, tetapi dalam kes ini kita bercakap mengenai tahap gangguan. Dan dalam kes Alam Semesta, ada lebih banyak ketertiban di dalamnya daripada kekacauan. Bayangkan bom yang dipenuhi pasir. Bom itu meletup, dan berbilion-bilion dolar pasir yang terkandung di dalamnya berserakan ke arah yang berbeza - sebenarnya, di hadapan anda adalah model Big Bang.
"Hanya daripada menghamburkan huru-hara yang diharapkan, butiran pasir ini, yang mewakili masalah alam semesta kita, segera berubah menjadi banyak" istana pasir "siap pakai, dibentuk dengan jelas bagaimana dan tanpa bantuan luar," - kata Stephen Countryman, seorang pelajar siswazah di Universiti Columbia.
Hasil dari Big Bang mungkin (dan, mungkin, seharusnya) adalah munculnya tahap entropi massa yang tinggi dalam bentuk perkara yang tidak sama rata. Namun, sebaliknya, kita melihat sistem bintang, galaksi dan seluruh kelompok galaksi saling berkaitan. Kami melihat pesanan.
Di samping itu, penting untuk memahami bahawa entropi, atau kekacauan, hanya dapat meningkat dari masa ke masa - istana pasir yang sama, cepat atau lambat dan tanpa pertolongan luar, sekali lagi hancur menjadi banyak butiran pasir. Lebih-lebih lagi, seperti yang ditunjukkan oleh Carroll, pemerhatian masa kita secara langsung berkaitan dengan tahap entropi sejak awal alam semesta. Pada masa yang sama, entropi itu sendiri dapat dianggap sebagai sejenis harta benda yang bergantung pada masa dengan hanya satu arah pergerakan - ke masa depan.
Video promosi:
Jadi, entropi, menurut undang-undang fizik, hanya dapat meningkat, tetapi tahap semasa di Alam Semesta sangat rendah. Menurut Carroll, ini hanya dapat berarti satu perkara: Alam Semesta awal memiliki tahap yang lebih rendah lagi, iaitu Alam Semesta seharusnya lebih teratur dan teratur. Dan ini, pada gilirannya, dapat menimbulkan idea tentang apa yang sebenarnya terjadi pada Alam Semesta kita sebelum Big Bang itu sendiri.
Ada banyak orang yang percaya bahawa alam semesta awal adalah sistem yang sangat sederhana, tidak menarik dan tanpa ekspresi. Tetapi, sebaik sahaja anda menyambung entropi ke soalan ini, perspektifnya segera berubah, dan anda menyedari bahawa dalam hal ini ada perkara yang perlu dijelaskan,”sambung Carroll.
Walaupun kita mengetepikan entropi, kita akan mempunyai aspek-aspek penting yang perlu disesuaikan dengan Alam Semesta kita di mana kita hidup. Lebih-lebih lagi, dalam beberapa kes, tahap entropi rendah nampaknya kurang signifikan daripada yang lain. Oleh itu, kami akan cuba mempertimbangkan tiga andaian paling popular mengenai apa yang mungkin berlaku kepada Alam Semesta sebelum Big Bang.
Model Rebound Besar
Menurut salah satu hipotesis, tahap rendahnya entropi Alam Semesta kita disebabkan oleh kenyataan bahawa penampilannya itu sendiri adalah hasil dari perpecahan beberapa Alam Semesta "sebelumnya". Hipotesis ini menyatakan bahawa Alam Semesta kita dapat terbentuk sebagai hasil dari pemampatan pesat ("pantulan") yang didorong oleh kesan kompleks gravitasi kuantum (singularitas), yang pada gilirannya menimbulkan Big Bang. Pada gilirannya, ini dapat menunjukkan bahawa kita dapat hidup dengan kejayaan yang sama baik pada tahap mana pun dalam urutan yang tidak terbatas dari Alam Semesta yang baru muncul, dan, sebaliknya, dalam "lelaran pertama" Alam Semesta.
Model hipotetis kemunculan Alam Semesta ini kadang-kadang dipanggil model "Big Bounce". Penyebutan pertama istilah ini terdengar pada tahun 60-an, tetapi model ini berubah menjadi hipotesis yang terbentuk hanya pada tahun 80-an - awal 90-an.
Di antara titik kontroversi yang kurang ketara, model Big Bounce juga mempunyai kekurangan yang jelas. Sebagai contoh, idea keruntuhan menjadi satu kesatuan bertentangan dengan teori relativiti umum Einstein - peraturan di mana graviti berfungsi. Ahli fizik percaya bahawa kesan singulariti boleh wujud di dalam lubang hitam, tetapi undang-undang fizikal yang kita ketahui tidak dapat memberi kita mekanisme untuk menjelaskan mengapa "alam semesta lain", setelah mencapai keunikan, harus menimbulkan Big Bang.
"Tidak ada relativitas umum yang menunjukkan" pantulan "alam semesta baru sebagai hasil dari singularitas," kata Sean Carroll.
Namun, ini bukan satu-satunya titik kontroversi yang besar. Faktanya adalah bahawa model Big Bounce menyiratkan adanya jalan garis lurus dengan penurunan entropi, namun, seperti yang disebutkan di atas, entropi hanya meningkat seiring berjalannya waktu. Dengan kata lain, menurut undang-undang fizik yang kita ketahui, penampilan alam semesta yang memantul adalah mustahil.
Pengembangan model yang lebih lanjut menyebabkan timbulnya hipotesis bahawa masa di Alam Semesta dapat bersifat kitaran. Tetapi pada masa yang sama, model tersebut masih belum dapat menjelaskan bagaimana pengembangan Alam Semesta semasa akan digantikan oleh penguncupannya. Tetapi ini tidak semestinya bermaksud bahawa corak Big Bounce adalah salah sepenuhnya. Ada kemungkinan bahawa teori kita semasa mengenainya tidak sempurna dan tidak difikirkan sepenuhnya. Bagaimanapun, undang-undang fizik yang kita miliki sekarang berasal dari had yang mana kita dapat mengamati alam semesta.
Model The Sleeping Universe
"Mungkin sebelum Big Bang, alam semesta adalah ruang statik yang sangat padat, perlahan-lahan berkembang," ahli teori seperti Kurt Hinterbichler, Austin Joyce dan Justin Khoury berteori.
Alam semesta "pra-letupan" ini harus memiliki keadaan metastabil, yaitu, stabil hingga keadaan yang lebih stabil muncul. Secara analogi, bayangkan sebuah tebing, di tepi batu yang berada dalam keadaan getaran. Sebarang hubungan dengan batu akan membawa kepada fakta bahawa ia jatuh ke jurang atau - yang lebih dekat dengan kes kita - Big Bang akan berlaku. Menurut beberapa teori, alam semesta "pra-letupan" dapat wujud dalam bentuk yang berbeda, misalnya, dalam bentuk ruang yang rata dan sangat padat. Akibatnya, masa metastabil ini berakhir: ia berkembang secara dramatik dan memperoleh bentuk dan keadaan seperti yang kita lihat sekarang.
"Model alam semesta tidur, bagaimanapun, juga memiliki masalah," kata Carroll.
"Ini juga menganggap bahawa Alam Semesta kita mempunyai tahap entropi yang rendah dan tidak menjelaskan mengapa demikian."
Walau bagaimanapun, Hinterbichler, seorang ahli fizik teori di Case Western Reserve University, tidak melihat kemunculan entropi rendah sebagai masalah.
Kami hanya mencari penjelasan mengenai dinamika yang berlaku sebelum Big Bang, yang menjelaskan mengapa kita melihat apa yang kita lihat sekarang. Sejauh ini, ini adalah satu-satunya perkara yang tinggal untuk kami,”kata Hinterbichler.
Carroll, bagaimanapun, percaya bahawa ada teori lain mengenai alam semesta "pra-letupan" yang dapat menjelaskan tahap rendahnya entropi yang terdapat di alam semesta kita.
Model Multiverse
Kemunculan alam semesta baru dari "alam semesta induk"
Model multiverse hipotetikal menghindari kerendahan entropi model Big Bounce dan memberikan penjelasan untuk tahap rendahnya hari ini, kata Carroll. Ini berasal dari idea "inflasi" - model alam semesta yang diterima dengan baik tetapi tidak lengkap. Istilah "inflasi" dan penjelasan pertama untuk model ini dicadangkan pada tahun 1981 oleh ahli fizik Alan Guth, yang kini berada di Massachusetts Institute of Technology. Menurut model ini, ruang selepas Big Bang telah berkembang secara mendadak. Begitu mendadak bahawa kelajuan pengembangan ini lebih tinggi daripada kelajuan cahaya. Menurut mekanik kuantum, turun naik tenaga secara rawak dan halus sentiasa berlaku di angkasa. Pada suatu ketika dalam tempoh inflasi, puncak turun naik ini mencapai tahap maksimum dan menyebabkan munculnya galaksi,lompang dan struktur entropi rendah berskala besar yang kita perhatikan di Alam Semesta hari ini.
Model inflasi itu sendiri dikembangkan berdasarkan pengamatan radiasi latar gelombang mikro kosmik - jenis radiasi tertua yang muncul hanya beberapa ratus ribu tahun setelah Big Bang. Para saintis percaya bahawa model inflasi meramalkan keberadaannya dengan sempurna.
Satu hipotesis adalah bahawa multiverse mungkin disebabkan oleh inflasi. Anggapan itu mengatakan bahawa ada satu Alam Semesta yang sangat besar, dari semasa ke semasa menimbulkan alam semesta yang lebih padat. Lebih-lebih lagi, tidak ada bentuk komunikasi antara alam semesta ini. Markus Wu PBS Nova menerangkan:
"Pada awal tahun 80-an, ahli fizik sampai pada kesimpulan bahawa inflasi dapat memiliki sifat tak terhingga, berhenti hanya di beberapa wilayah ruang, menciptakan semacam" kantong "tertutup. Namun, di antara "poket" ini inflasi terus berlanjutan, dan ia mengalir lebih cepat daripada kelajuan cahaya. Sebaliknya, satu sama lain "poket" akhirnya menjadi Alam Semesta."
Carroll paling kagum dengan model ini, walaupun model yang dicadangkan sendiri agak berbeza dengan yang dijelaskan di atas:
"Ini hanya satu versi teori multiverse, tetapi perbezaan utama di sini ialah 'semesta induk' dapat memiliki tahap entropi dan alam semesta yang tinggi dengan tahap entropi yang rendah," kata Carroll.
Menurut model ini, sebelum Big Bang, ada semacam ruang yang luas dari mana kita dan sejumlah alam semesta lain dilahirkan. Alam semesta lain berada di luar kemampuan kita untuk mengesannya dan boleh terbentuk sebelum dan sesudah alam semesta kita.
Harus diingat bahawa pada masa ini ini adalah salah satu model yang paling popular. Walaupun begitu, para saintis tentu saja melihatnya secara berbeza. Ada yang menyokong idea ini, yang lain sebaliknya, sama sekali tidak setuju dengannya. Tetapi jika kita mengambil contoh Peter Voight dari Columbia University, maka teori Multiverse, walaupun kelihatan sangat menarik dari sudut pandangan sains yang popular, dapat membuat ahli fizik malas dan membuat mereka berhenti mencari jawapan untuk soalan paling asas, misalnya, mengapa pemalar fizikal di Alam Semesta kita? sama seperti mereka - menghapus semua kebolehubahan.
"Ahli teori berspekulasi tentang kemungkinan jumlah alam semesta yang tidak terbatas, dan akhirnya kita dapat menghasilkan model yang jelas yang dapat menjelaskan mengapa nilai (seperti sifat asas zarah yang kita amati) dapat berbeza antara satu sama lain di setiap alam semesta," kata Voight …
Voight takut bahawa suatu hari persoalan utama bagi sains di bidang ini akan menjadi alasan mengenai topik “betapa beruntungnya kita berada di alam semesta rawak ini, di mana semuanya berlaku dengan cara ini, dan tidak berbeza, walaupun terdapat pelbagai kemungkinan yang tidak terhingga, jadi mari kita berhenti dari usaha ini dengan teori.
Apa yang boleh disimpulkan? Ramai ahli fizik dibayar untuk berhujah dan menulis buku di mana mereka cuba menerangkan bagaimana Big Bang dan model alam semesta "pra-letupan" dapat menjelaskan apa yang kita lihat hari ini, walaupun mereka sendiri tidak tahu dan sebenarnya tidak dapat mengetahui. mengapa begitu. Kenyataannya adalah, walaupun terdapat penyederhanaan serius dalam kedua-dua model dan penjelasan matematik, kami belum mendekati jawapan yang betul, dan kami masih mempunyai banyak alasan mengenai topik ini sehingga kami sampai pada hasil yang diinginkan.
Penting bukan hanya untuk mengemukakan teori dan hipotesis. Jauh lebih penting untuk menjelaskan kepada orang bahawa sebenarnya kita sendiri belum memahami apa yang kita bicarakan. Semua ini hanya pada tahap andaian, tetapi saya harap cepat atau lambat kita dapat mencari jawapan yang tepat yang sesuai dengan semua orang,”kata Carroll.
NIKOLAY KHIZHNYAK
