Δεν υπάρχει Σύμπαν χωρίς Μεγάλη Έκρηξη. No Universe without Big Bang

Δεν υπάρχει «ομαλή αρχή»: σχεδόν παράδοξα, μια ομαλή αρχή προκαλεί μεγάλες κβαντικές διακυμάνσεις (δεξιά) και έτσι αποτρέπει την δημιουργία ενός μεγάλου σύμπαντος έτσι όπως το βλέπουμε σήμερα (αριστερά). No "smooth beginning": almost paradoxically, a smooth beginning causes large quantum fluctuations to grow (right), and thus prevents the development of a large universe as we know it (left). Credit: J.-L. Lehners (Max Planck Institute for Gravitational Physics)

Σύμφωνα με την γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η καμπυλότητα του χωροχρόνου στην Μεγάλη Έκρηξη ήταν άπειρη. Στην πραγματικότητα, σ’ αυτό το σημείο αποτυγχάνουν όλα τα μαθηματικά εργαλεία και η θεωρία καταρρέει. Ωστόσο, η ιδέα ότι η αρχή του σύμπαντος θα μπορούσε να ερμηνευθεί με ένα απλούστερο τρόπο, ώστε να αποφευχθούν οι απειρισμοί της Μεγάλης Έκρηξης, εξακολουθούσε (και εξακολουθεί) να είναι ελκυστική. Μια κοσμολογική θεωρία πρέπει να προβλέπει μαζί με την επιτυχημένη δυναμική εξέλιξη του σύμπαντος και μια ερμηνεία της αρχικής κατάστασης. Λύσεις για την αρχική κβαντική κατάσταση προσπάθησαν να δώσουν οι James Hartle και Stephen Hawking με την πρότασή τους «χωρίς σύνορο» και ο Vilenkin με την «κυματοσυνάρτηση σήραγγος».

Τώρα σε μια νέα δημοσίευσή τους [Lorentzian quantum cosmology] οι Job Feldbrugge, Jean-Luc Lehners και Neil Turok, χρησιμοποιώντας καλύτερες μαθηματικές μεθόδους δείχνουν πως αυτές οι ιδέες δεν μπορούν να λειτουργήσουν. Έτσι, η μεγαλειώδης έναρξη της Μεγάλης Έκρηξης συνεχίζει να διατηρεί όλο της το μυστήριο.

Ένας από τους κύριους στόχους της κοσμολογίας είναι να κατανοήσουμε την αρχή του σύμπαντος. Τα δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίoυ Planck αποδεικνύουν πως πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια το σύμπαν αποτελούσε μια θερμή και πυκνή «σούπα» σωματιδίων. Από τότε το σύμπαν συνεχίζει να διαστέλλεται. Αυτό είναι το κυρίως δόγμα της θεωρίας της Μεγάλης Έκρηξης, αλλά η θεωρία δεν περιγράφει τα πολύ πρώιμα στάδια, όταν οι συνθήκες που επικρατούσαν ήταν ακραίες. Πράγματι, πηγαίνοντας πίσω προσεγγίζοντας την αρχή, την Μεγάλη Έκρηξη, η ενεργειακή πυκνότητα και η καμπυλότητα αυξάνονται και τείνουν στο άπειρο.

Ως εναλλακτική λύση, οι προτάσεις «χωρίς-σύνορο» και «κυματοσυνάρτηση σήραγγος» υποθέτουν πως το μικροσκοπικό πρώιμο σύμπαν προέκυψε εξαιτίας του κβαντομηχανικού φαινομένου σήραγγος από το τίποτα και στην συνέχεια διαστελλόμενο έφτασε στο μεγαλειώδες μέγεθος που βλέπουμε σήμερα. Η καμπυλότητα του χωροχρόνου θα ήταν μεγάλη, αλλά πεπερασμένη σ’ αυτό το αρχικό στάδιο και η γεωμετρία θα ήταν ομαλή χωρίς σύνορα (βλέπε εικόνα, αριστερά). Αυτή η αρχική διαμόρφωση θα αντικαθιστούσε την Μεγάλη Έκρηξη. Όμως, οι πραγματικές συνέπειες αυτής της υπόθεσης δεν ήταν ξεκάθαρες. Στην νέα δημοσίευση, με την χρήση καλύτερων μαθηματικών μεθόδων επιχειρείται να προσδιορίσουν με σαφήνεια τις επιπτώσεις αυτών των 35χρονων θεωριών.

Τελικά, το αποτέλεσμα της νέας μελέτης είναι πως οι αυτές οι εναλλακτικές λύσεις για την Μεγάλη Έκρηξη δεν είναι πραγματικές εναλλακτικές. Ως αποτέλεσμα της αρχής της αβεβαιότητας του Heisenberg, αυτά τα μοντέλα δεν συνεπάγονται πως μόνο ομαλά σύμπαντα προκύπτουν από το τίποτα διαμέσου φαινομένου σήραγγος, αλλά μπορούν επίσης να προκύψουν και μη ομαλά σύμπαντα (βλέπε εικόνα, δεξιά). Μάλιστα, όσο πιο «ακανόνιστα και τσαλακωμένα» τόσο πιο πιθανά είναι. Συνεπώς, η πρόταση «χωρίς σύνορα» δεν συνεπάγεται ένα τεράστιο σύμπαν σαν αυτό που ζούμε, αλλά μάλλον μικροσκοπικά σύμπαντα που καταρρέουν αμέσως.

Ως εκ τούτου δεν μπορεί να παρακάμψει κανείς τόσο εύκολα την Μεγάλη Έκρηξη. Οι ερευνητές Lehners et al προσπαθούν τώρα να κατανοήσουν ποιός μηχανισμός θα μπορούσε να διατηρήσει αυτές τις μεγάλες κβαντικές διακυμάνσεις κάτω από τις πιο ακραίες συνθήκες, επιτρέποντας να ξεδιπλωθεί το μεγάλο μας σύμπαν.

Πηγές: https://www.aei.mpg.de/2062163/ohne-urknall-geht-es-nicht - physicsgg