Ar visatos pabaigoje buvo trenksmas?

Menininko įspūdis, kai dvi juodosios skylės susiduria ir skleidžia gravitacines bangas.

Einšteinas numatė gravitacinių bangų egzistavimą 1915 m. Dabar pagaliau galime jas aptikti. (Vaizdo kreditas: Future/Tobias Roetsch)

Kaip kažkas gali išeiti iš nieko, galbūt yra didžiausia paslaptis, susijusi su Didžiuoju sprogimu. Labiausiai priimtina visatos pradžios teorija teigia, kad ji prasidėjo kaip be galo mažas, be galo tankus taškas, išsiplėtęs į išorę ir atvėsęs, kad taptų šiuolaikiniu kosmosu. Bet kokia buvo šio įvykio priežastis beveik prieš 14 milijardų metų?

Netgi šis klausimas yra kupinas problemų. Jei Didysis sprogimas sukūrė laiką, kaip sako įprastas mąstymas, tuomet negalima kalbėti apie „anksčiau“ ar ankstesnę priežastį, nes tai yra sąvokos, turinčios prasmę tik tuo atveju, jei laikas jau egzistuoja.

Seras Rogeris Penrose'as, ilgametis bendradarbis Stephenas Hawkingas , mano, kad jis turi būdą visam laikui pašalinti šias problemas. Be to, astronomai galėjo rasti įrodymų, patvirtinančių, kad jis teisus. Jo teorija vadinama „Conformal Cyclic“ Kosmologija (CCC), ir sakoma, kad sprogstamasis mūsų visatos gimimas kilo per prieblandos metus. Kitaip tariant, buvo laikas iki Didžiojo sprogimo.

Kreipimasis į „mamutą kambaryje“

Pasak Penrose'o, „kambaryje yra mamutas“, į kurį šiuo metu nė vienas kosmologas nekreipia dėmesio: kaip ankstyvoji Visata Didžiojo sprogimo metu tam tikra prasme buvo labai panaši į būseną, kuriai mūsų visata artėja tolimoje ateityje. Abiem atvejais masė įneša žymiai mažesnį indėlį į bendrą visatos energiją nei šiandien.

Norėdami apskaičiuoti kinetinę energiją arba judėjimo energiją, padalinkite pusę masės ir padauginkite ją iš jo greičio kvadrato. Pirmosiomis akimirkomis po Didžiojo sprogimo, kai kosmosas buvo labai karštas, dalelės skraidė stulbinančiai greitai. Tai reiškia, kad jų greitis daugiausia prisidėjo prie visos visatos energijos, o ne dalelių masės.

Tą patį galima pasakyti apie visatos ateitį. 1998 metais fizikai atrado, kad visata plečiasi vis didėjančiu greičiu, sukrėsdama astronomijos bendruomenę. Jie tikėjosi, kad mažėjant Didžiojo sprogimo galiai kosmosas lėtės. Taigi, norint, kad plėtra vėl įsibėgėtų, astronomai tikėjo, kad turi būti nematoma būtybė, vadinama tamsia energija, kuri viską išskiria. Galiausiai visa materija visatoje bus atsiskyrusi tiek, kad masė vėl taps trivialiu visos kosmoso energijos veiksniu.

Abiem atvejais visatoje galiausiai dominuoja šviesa, o ne materija. O fotonui (be masės šviesos dalelei) laikas ir ilgis neegzistuoja. Važiuokite kartu su fotonu ir akimirksniu aplenksite matomą visatą. Ši įžvalga buvo pagrindinis Penroso proveržis.

„Abiem atvejais visata nežino, kokia ji didelė“, - sakė Penrose'as. Kalbant apie visatą, jos karšta, maža pradžia yra fiziškai identiška jos šaltai, milžiniškai ateičiai. Tai savaime nėra prieštaringa, tačiau Penrose'as žengia žingsnį toliau. „Ši tolima ateitis tampa dar vienu Didžiuoju sprogimu“, - sako jis. Taigi, kas atsitiko prieš Didįjį sprogimą?

Pasak Penrose'o, kita visata baigėsi ir ta visata atsirado dėl dar vienos mirties. Penrosas kiekvieną laikotarpį vadina aeonu. Ajonai eina vis toliau ir atgal, nereikalaujant pradinės pradžios. Tam tikra prasme tai yra grįžimas prie pastovios būsenos modelio, vyravusio prieš Didįjį sprogimą XX amžiaus viduryje.

CMB žemėlapis, kuriame naudojami 9 metų Wilkinsono mikrobangų anizotropijos zondo (WMAP) duomenys.(Vaizdo kreditas: NASA, WMAP)

Žiedai CMB

Viskas apie kosmosą

Žurnalo „Viskas apie kosmosą“ 74 numerio viršelis.

(Vaizdo kreditas: ateitis)

Šį straipsnį jums pateikė Viskas apie kosmosą .

Žurnalas „Viskas apie kosmosą“ nukelia jus į bauginančią kelionę per mūsų Saulės sistemą ir už jos ribų-nuo nuostabių technologijų ir erdvėlaivių, leidžiančių žmonijai žengti į orbitą, iki kosmoso mokslo sudėtingumo.

Penrosas pripažįsta, kad tai laukinis pasiūlymas, tačiau mano, kad, kaip ir visos geros mokslinės teorijos, jis gali būti išbandytas eksperimentuojant ir stebint. Šie bandymai kyla iš idėjos, kad mūsų ir prieš tai buvęs eonas nebuvo visiškai izoliuoti vienas nuo kito. „Informacija perduodama“, - sakė jis. 'Tai patenka į smūgio bangą mūsų visatos pradinėje tamsiojoje medžiagoje'.

Tamsi materija, kaip ir tamsi energija, yra šešėlinė medžiaga, šį kartą reikia atsižvelgti į tai, kaip ankstyvojoje visatoje susiformavo tokios struktūros kaip galaktikos ir galaktikų sankaupos. Remiantis Penrose'o skaičiavimais, ši smūgio banga būtų paveikusi kosminį mikrobangų foną (CMB), kuris yra likusi Didžiojo sprogimo spinduliuotė, išleista, kai visatai buvo mažiau nei 400 000 metų. „CMB matytumėte žiedus, kurie yra šiek tiek šiltesni ar vėsesni nei vidutinė temperatūra“, - sakė jis.

CCC lygtys numato, kad smūgio banga, atkeliavusi iš ankstesnio eono, būtų įtraukusi medžiagą į mūsų visatą. Jei dėl to medžiaga nukreiptų į mus, matytume to regiono šviesą, nukreiptą į trumpesnius bangos ilgius - tokį efektą astronomai vadina bliuzo poslinkiu. Lygiai taip pat regionas, kurį iš mūsų nunešė CCC smūgio banga, būtų perkeliamas raudonai, o tai reiškia, kad jo bangos ilgis bus ištemptas.

Mėlynos spalvos poslinkiai atrodytų karštesni, o raudonos spalvos poslinkiai - vėsesni. Būtent šiuos pokyčius Penrose mano, kad kosminio mikrobangų fone matytume kaip žiedus. Keli smūgio bangos netgi galėjo sukurti koncentrinius žiedus. „Aš paklausiau, ar kas nors ieškojo šių žiedų danguje“, - sakė Penrose.

„Šios struktūros yra tikros. Nėra jokių abejonių, kad mūsų skaičiavimai yra patikimi ir teisingi “,
- Fiziko skirtumas Gurzadyan

Prieš kelerius metus atrodė, kad tie žiedai buvo rasti, tikras rūkymo pistoletas CCC. 'Nebent mumis niekas netikėjo. Jie sakė, kad tai turėjo būti nelaimingas atsitikimas ar kažkas panašaus “, - sakė Penrose'as.

„Tačiau šiuos parašus patvirtino alternatyvios grupės“, - sakė Armėnijos Jerevano fizikos instituto fizikas Vahe Gurzadyanas ir ilgametis Penrose'o bendradarbis CCC srityje.

Mokslininkai atkreipia dėmesį į tai, kad Lenkijos ir Kanados tyrėjų komanda patvirtino, kad žiedai yra 99,7%. Tačiau vis dar yra daug abejonių. Gurzadyanas išlieka tvirtas. „Šios struktūros yra tikros - neabejotina, kad mūsų skaičiavimai yra patikimi ir teisingi“, - sakė jis. Vis dėlto „Penrose“ tyrė kitus metodus, kurie galėtų dar labiau paremti poros teiginius apie CCC ir laiką prieš Didįjį sprogimą.

Susijęs: Vaizdo įrašas: istorinis gravitacinių bangų atradimas, kurį paaiškina ekspertai

Perėjimas tarp ajonų padarytų kažką esminio, kuris tiesiog sukeltų smūgio bangą mūsų tamsiojoje medžiagoje ir žiedus kosminiame mikrobangų fone. „Kryžminimo metu sukuriama nauja medžiaga, dominuojanti medžiaga visatoje“, - sakė Penrose'as. Šią naują medžiagą jis laiko pradine pačios tamsiosios medžiagos forma.

„Bet kad jis nesikauptų nuo aeono iki eono, jis turi suirti“, - sakė jis. Šias pradines tamsiosios medžiagos daleles jis vadina erebonais po graikų tamsos dievo Erebo.

Vidutiniškai prireiktų 100 milijardų metų, kad erebonui suirtų, tačiau yra ir tokių, kurie sunyko per 14 milijardų metų mūsų visatos istoriją. Svarbiausia, kad kai jie suyra, Penrose'as sako, kad erebonai visą savo energiją išmeta į gravitacines bangas.

Gravitacinių bangų atradimas

Gravitacinės bangos yra erdvėlaikio audinio iškraipymai, kuriuos Einšteinas numatė daugiau nei prieš šimtmetį kaip savo bendrosios reliatyvumo teorijos dalį. Didžiąją praėjusio šimtmečio dalį mes nežinojome, ar apskritai egzistuoja gravitacinės bangos. Tačiau tai pasikeitė 2015 m. Rugsėjo 14 d., Kai fizikai, naudojantys lazerinio interferometro gravitacinių bangų observatoriją (LIGO), paskelbė aptikę į Žemę atvykstančias gravitacines bangas iš dviejų juodųjų skylių, kurios sudaužė beveik pusę greičio. šviesa. Buvo atlikta keletas kitų aptikimų, įskaitant daugiau juodųjų skylių susijungimų, kartu su dviejų neutroninių žvaigždžių susidūrimas - sugriuvusios masyvių žvaigždžių šerdys (kurios vis dar yra per mažos, kad susidarytų juodosios skylės), patekusios į supernovą.

Ši grafika rodo visatos laiko juostą, pagrįstą Didžiojo sprogimo teorija ir infliacijos modeliais.

Ši grafika rodo visatos laiko juostą, pagrįstą Didžiojo sprogimo teorija ir infliacijos modeliais.(Vaizdo kreditas: NASA/WMAP)

2017 metų vasarą astronomų bendruomenė šurmuliavo iš gandų, kad šie aptikimai galėjo būti ne tokie, kokie atrodė. Komanda iš Niels Bohr instituto Kopenhagoje paskelbė referatą tai rodo, kad signalai buvo ne gravitacinių bangų įvykiai, o duomenų vaiduokliai. Kai gravitacinė banga pasiekia Žemę, jos signalas yra labai silpnas, todėl fizikams sunku atskirti šiuos trikdžius, esančius virš kasdieniškesnių sausumos įvykių foninio triukšmo, kuris taip pat gali pakreipti jautrius LIGO veidrodžius. Jei abu detektoriai surenka tą patį signalą, tai yra didžiulė užuomina, kad jis atkeliavo iš kosmoso. Tačiau triukšmas neturėtų būti siejamas vienodai. Sunkvežimis, važiuojantis Vašingtono valstijoje, neturėtų paveikti detektoriaus, esančio už 1800 mylių (3000 kilometrų) nuo Luizianos.

Kopenhagos komanda atliko savo nepriklausomą LIGO duomenų analizę ir nustatė, kad triukšmas taip pat buvo koreliuojamas. LIGO fizikai galėjo būti apgauti manydami, kad jie traukia gravitacines bangas, kai to nepadarė. Galbūt su detektoriais buvo kažkas, kas reiškė, kad jie sukuria gravitacinių bangų signalus ten, kur jų nėra.

Kopenhagos dokumentą greitai sutiko Maxas Plancko gravitacinės fizikos instituto Vokietijoje fizikas ir LIGO komandos narys Ianas Harry. Jis tvirtino, kad Kopenhagos komanda netinkamai atliko savo analizę ir nebuvo jokio susijusio triukšmo.

Nuotrauka iš Mergelės detektoriaus, esančio netoli Pizos, Italijoje, iš vieno oro uosto, parodanti vieną iš jo 1,8 mylių ginklų.(Vaizdo kreditas: „Mergelės bendradarbiavimas“)

Ar tai gali būti erebono irimo įrodymas?

Kai Rogeris Penrose'as išgirdo apie šias diskusijas, jis daugiau galvojo apie tai, kas galėtų sukelti bet kokį koreliuojantį triukšmą. „Galbūt jie mato erbono skilimą“, - sakė jis. Jis netrukus išleido savo laikraštį nurodydamas daugiau informacijos apie savo ieškinį.

Gravitacinių bangų atsiradimas dėl erebono skilimo būtų koreliuojamas tarp dviejų detektorių, nes bangos susitinka prieš pasiekdamos kitą. Tačiau kadangi jie neturi nieko bendra su juodosiomis skylėmis ar neutronų žvaigždėmis, jie gali būti atmesti kaip triukšmas. Iš tiesų, Penrose'as teigia, kad tai, ką rado Kopenhagos komanda, nėra koreliuojantis antžeminis foninis triukšmas, bet koreliuojantis triukšmas, atsirandantis dėl fono erebono irimo ten visatoje.

Taigi kiek tikėtina, kad taip bus, o CCC bus tinkamas požiūris į varginančius klausimus, susijusius su Didžiuoju sprogimu?

„Tai klasikinis Rogeris Penrose‘as“, - sakė Andrew Pontzenas, Londono universiteto koledžo kosmologas. „Tai labai priverčianti susimąstyti idėja, sujungianti daugybę labai protingų krypčių į tikrai gražią viziją, kaip visata galėtų elgtis per itin ilgą laiką“,-sakė jis. „Tai graži teorija ir ji nusipelno daug dėmesio“.

„Tai labai priverčianti susimąstyti idėja, kuri sujungia daugybę labai protingų krypčių į tikrai gražią viziją, kaip visata galėtų elgtis per labai ilgą laiką“.
- Kosmologas Andrew Pontzenas

Tačiau Pontzenas atkreipia dėmesį į tai, kad pirminė duomenų analizė apie CMB žiedus - pirmasis siūlomas Penrose'o CCC testas - buvo „gana blogai“ ir „padarė išvadas, kurių tikrai negalima pagrįsti“. Panašiai jis palaiko LIGO bendradarbiavimo išvadas, kuriose nustatyta, kad koreliuojantis triukšmas tarp jo detektorių nėra tikras ir todėl negali būti sukeltas erebon skilimo. „Duomenų analizė yra nepaprastai subtili. Yra tokių spąstų, į kuriuos reikia pakliūti “, - sakė jis.

Tai nereiškia, kad CCC yra neteisingas, tačiau atrodo, kad įtikinamų įrodymų apie jo tikrumą dar reikia rasti nei CMB, nei LIGO gravitacinių bangų detektoriuose. Net jei koreliacinis triukšmas, kurį trimituoja Kopenhagos komanda, yra fiktyvus, būsimi gravitacinių bangų detektoriai gali paimti koreliuojamą triukšmą, kurį sukelia erebon irimas.

„Tikiuosi, kad gali būti įmanoma pamatyti šiuos tolimų galaktikų padarinius“, - sakė Penrose'as. „Jei taip, tai suteiks jums puikų būdą pasakyti tamsiosios medžiagos pasiskirstymą visatoje. Tai taip pat gali leisti mums kalbėti apie laiką iki Didžiojo sprogimo “.

Papildomas skaitymas: