Došlo na konci vesmíru k třesku?

2023 Autor: Brooke Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-05-20 23:53

Jak může něco vzniknout z ničeho, je možná největší záhada související s velkým třeskem. Nejpřijímanější teorie o počátku vesmíru tvrdí, že začal jako nekonečně malý, nekonečně hustý bod, který se rozpínal směrem ven a ochlazoval, aby se stal moderním vesmírem. Co však bylo příčinou této události před téměř 14 miliardami let?

I toto je otázka nabitá problémy. Pokud Velký třesk vytvořil čas, jak říká konvenční myšlení, pak nemůžete mluvit o „před“nebo o předchozí příčině, protože to jsou pojmy, které dávají smysl pouze tehdy, pokud čas již existoval.

Sir Roger Penrose, dlouholetý spolupracovník Stephena Hawkinga, věří, že má způsob, jak tyto problémy nadobro zahnat. A co víc, astronomové možná našli důkazy, které by potvrdily, že má pravdu. Jeho teorie se nazývá konformní cyklická kosmologie (CCC) a říká, že výbušné zrození našeho vesmíru vzniklo během let soumraku jiného. Jinými slovy, byla doba před velkým třeskem.

Oslovování „mamuta v místnosti“

Podle Penrose je v místnosti „mamut“, kterým se v současnosti žádný kosmolog nezabývá: Jak byl raný vesmír při velkém třesku v některých ohledech velmi podobný stavu, kterým náš vesmír směřuje ve vzdálené budoucnosti. V obou případech se hmotnost podílí na celkové energii vesmíru výrazně nižší než dnes.

Chcete-li vypočítat kinetickou energii nebo energii pohybu, musíte poloviční hmotnost a vynásobit ji druhou mocninou rychlosti. V prvních okamžicích po Velkém třesku, kdy byl vesmír velmi horký, létaly částice neuvěřitelně rychle. To znamená, že jejich rychlost tvořila většinový příspěvek k celkové energii vesmíru, nikoli hmotnost částice.

Totéž lze říci o budoucnosti vesmíru. V roce 1998 fyzici zjistili, že se vesmír rozpíná stále větší rychlostí, což otřáslo astronomickou komunitou až do jejího jádra. Očekávali, že se vesmír zpomalí, protože síla velkého třesku slábne. Aby se tedy expanze opět zrychlila, astronomové věřili, že musí existovat nějaká neviditelná entita, známá jako temná energie, která vše roztlačí. Nakonec bude veškerá hmota ve vesmíru oddělena do takové míry, že se hmota opět stane triviálním faktorem v celkové energii vesmíru.

V obou případech vesmír nakonec ovládne světlo, nikoli hmota. A pro foton (bezhmotnou částici světla) čas a délka neexistuje. Projeďte se na fotonu a doslova během okamžiku byste proletěli viditelným vesmírem. Tento poznatek byl Penroseovým klíčovým průlomem.

"V obou případech vesmír neví, jak je velký," řekl Penrose. Pokud jde o vesmír, jeho horký, malý začátek je fyzicky totožný s jeho chladnou, obrovskou budoucností. To samo o sobě není kontroverzní, ale Penrose jde ještě o krok dále. "Tato vzdálená budoucnost se stává dalším velkým třeskem," říká. Co se tedy stalo před Velkým třeskem?

Podle Penrose skončil jiný vesmír a ten vznikl ze smrti dalšího. Penrose nazývá každou periodu eonem. Eony jdou dále a dále zpět v čase bez potřeby počátečního začátku. V některých ohledech jde o návrat k modelu ustáleného stavu, který převládal před velkým třeskem v polovině 20. století.

Prsteny v CMB

Penrose připouští, že je to divoký návrh, ale věří, že stejně jako všechny dobré vědecké teorie by mohl být testován pomocí experimentů a pozorování. Tyto testy vycházejí z myšlenky, že náš aeon a ten, který mu předcházel, nebyly od sebe zcela izolované. "Informace procházejí," řekl. "Prochází ve formě rázové vlny v původní temné hmotě našeho vesmíru."

Temná hmota, stejně jako temná energie, je stínová látka, tentokrát potřebná k vysvětlení způsobu, jakým se v raném vesmíru formovaly struktury, jako jsou galaxie a kupy galaxií. Podle Penroseových výpočtů by tato rázová vlna měla vliv na kosmické mikrovlnné pozadí (CMB), což je zbytkové záření z Velkého třesku, uvolněné, když byl vesmír mladší než 400 000 let. "V CMB byste viděli prstence, které jsou o něco teplejší nebo chladnější než průměrná teplota," řekl.

Rovnice CCC předpovídají, že rázová vlna přicházející z předchozího eonu by vtáhla hmotu do našeho vesmíru. Pokud by to způsobilo, že materiál směřoval k nám, viděli bychom světlo z této oblasti posunuté na kratší vlnové délky – tento efekt astronomové nazývají modrý posun. Stejně tak oblast odnášená od nás rázovou vlnou CCC by byla posunuta do rudého posuvu, což znamená, že by se její vlnová délka protáhla.

Oblasti s modrým posunem by se jevily teplejší a oblasti s červeným posunem chladnější. Penrose věří, že právě tyto změny bychom viděli jako prstence na kosmickém mikrovlnném pozadí. Vícenásobné rázové vlny mohly dokonce vytvořit řadu soustředných prstenců. "Zeptal jsem se, zda někdo hledal tyto prsteny na obloze," řekl Penrose.

"Tyto struktury jsou skutečné. Není pochyb o tom, že naše výpočty jsou spolehlivé a správné,"

Před několika lety se zdálo, jako by byly nalezeny tyto prsteny, skutečná kuřácká zbraň pro CCC. "Kromě toho, že nám nikdo nevěřil. Říkali, že to musela být náhoda nebo co," řekl Penrose.

"Ale tyto podpisy byly potvrzeny alternativními skupinami," řekl Vahe Gurzadyan, fyzik z Jerevanského fyzikálního institutu v Arménii a Penroseův dlouhodobý spolupracovník na CCC.

Vědci poukazují na skutečnost, že tým polských a kanadských výzkumníků potvrdil přítomnost prstenců na úrovni spolehlivosti 99,7 %. Stále je však mnoho pochybovačů. Gurzadyan zůstává neochvějný. "Tyto struktury jsou skutečné - není pochyb o tom, že naše výpočty jsou spolehlivé a správné," řekl. Přesto Penrose zkoumá další přístupy, které by mohly dále podpořit tvrzení dvojice o CCC a době před Velkým třeskem.

Přechod mezi eony by způsobil něco zásadnějšího, co by pouze vytvořilo rázovou vlnu v naší temné hmotě a prstence v kosmickém mikrovlnném pozadí. "Nový materiál, dominantní materiál ve vesmíru, je vytvořen při přechodu," řekl Penrose. Považuje tento nový materiál za počáteční formu samotné temné hmoty.

"Ale aby se nehromadil od věků k věkům, musí se rozkládat," řekl. Tyto počáteční částice temné hmoty nazývá erebony po Erebosovi, řeckém bohu temnoty.

V průměru by trvalo 100 miliard let, než by se erebon rozpadl, ale existují i takové, které se během 14 miliard let historie našeho vesmíru rozpadnou. Rozhodující je, že jak se rozkládají, Penrose říká, že ereboni ukládají veškerou svou energii do gravitačních vln.

Objev gravitačních vln

Gravitační vlny jsou deformace ve struktuře časoprostoru, které předpověděl Einstein před více než stoletím jako součást své teorie obecné relativity. Po většinu minulého století jsme nevěděli, zda gravitační vlny vůbec existují. To se ale změnilo 14. září 2015, kdy fyzici používající laserový interferometr Gravitational-Wave Observatory (LIGO) oznámili detekci gravitačních vln přilétajících k Zemi ze dvou černých děr, které se spolu rozbily rychlostí téměř poloviční rychlosti. světlo. Následovalo několik dalších detekcí, včetně dalších sloučení černých děr spolu se srážkou dvou neutronových hvězd - zhroucených jader hmotných hvězd (které jsou stále příliš malé na to, aby vytvořily černé díry), které prošly supernovou.

V létě 2017 se v astronomické komunitě šířily fámy, že tyto detekce nakonec nemusely být takové, jaké se zdály. Tým z The Niels Bohr Institute v Kodani publikoval článek naznačující, že signály nebyly gravitačními vlnami, ale naopak duchy v datech. V době, kdy se gravitační vlna dostane k Zemi, je její signál velmi slabý, takže je pro fyziky obtížné zachytit tyto poruchy nad šumem pozadí světských pozemských událostí, které by také mohly otřást citlivými zrcadly LIGO. Pokud oba detektory zachytí stejný signál, je to masivní vodítko, že přišel z vesmíru. Hluk by však neměl být korelován stejným způsobem. Nákladní vůz projíždějící státem Washington by neměl ovlivnit detektor vzdálený více než 3 000 kilometrů v Louisianě.

Kodaňský tým provedl vlastní nezávislou analýzu dat LIGO a zjistil, že hluk skutečně také koreloval. Fyzikové LIGO se možná nechali zmást, když si mysleli, že zachycují gravitační vlny, když tomu tak nebylo. Možná se s detektory stalo něco, co znamenalo, že produkovaly signály gravitačních vln tam, kde žádné neexistovaly.

Kodaňský dokument se setkal s rychlou výtkou od Iana Harryho, fyzika z Institutu Maxe Plancka pro gravitační fyziku v Německu a člena týmu LIGO. Argumentoval tím, že kodaňský tým neprovedl svou analýzu správně a nevyskytl se žádný korelovaný šum.

Mohl by to být důkaz rozpadu erebonu?

Když Roger Penrose slyšel o této debatě, přemýšlel více o tom, co by mohlo způsobovat korelovaný hluk. "Možná vidí rozpad erebonu," řekl. Brzy publikoval svůj vlastní článek, v němž uvedl další podrobnosti za svým tvrzením.

Příchod gravitačních vln z rozpadu erebonu by byl korelován mezi dvěma detektory, protože vlny se setkávají s jedním dříve, než dosáhnou druhého. Ale protože by neměly nic společného s černými dírami nebo neutronovými hvězdami, mohly by být považovány za šum. Penrose skutečně tvrdí, že to, co kodaňský tým našel, není korelovaný pozemský hluk pozadí, ale korelovaný hluk z rozpadu erebonu na pozadí tam ve vesmíru.

Nakolik je tedy pravděpodobné, že tomu tak bude a že CCC bude tím správným přístupem k problematickým otázkám kolem Velkého třesku?

"Je to klasický Roger Penrose," řekl Andrew Pontzen, kosmolog z University College London. "Je to velmi podnětná myšlenka, která spojuje spoustu velmi chytrých prvků do opravdu pěkné vize toho, jak by se vesmír mohl chovat v extrémně dlouhých časových horizontech," řekl. "Je to krásná teorie a zaslouží si velkou pozornost."

"Je to velmi podnětná myšlenka, která spojuje spoustu velmi chytrých prvků do opravdu pěkné vize toho, jak by se vesmír mohl chovat v extrémně dlouhých časových horizontech."

Pontzen však poukazuje na to, že původní analýza dat na prstencích CMB - Penroseův první navrhovaný test CCC - byla "docela špatně chybná" a "dospěla k závěrům, které ve skutečnosti nelze podpořit." Podobně podporuje závěry spolupráce LIGO, která zjistila, že korelovaný šum mezi jeho detektory není skutečný, a nemůže být tedy způsoben rozpadem erebonu. "Analýza dat je nesmírně jemná. Jsou zde úskalí, která čekají, až se do nich dostaneme," řekl.

To neznamená, že se CCC mýlí, ale zdá se, že přesvědčivé důkazy pro jeho pravdivost ještě nebyly nalezeny ani v CMB, ani v detektorech gravitačních vln LIGO. I když je korelovaný hluk vytrubovaný týmem z Kodaně fiktivní, budoucí detektory gravitačních vln by mohly zachytit korelovaný hluk z rozpadu erebonu.

"Doufám, že by bylo možné vidět tyto efekty ze vzdálených galaxií," řekl Penrose. "Pokud ano, poskytlo by vám to pozoruhodný způsob, jak sdělit distribuci temné hmoty ve vesmíru. Mohlo by nám to také umožnit mluvit o době před Velkým třeskem."