Mi van, ha az univerzumnak soha nem volt kezdete?

Az elején volt... nos, talán nem is volt kezdet. Talán univerzumunk mindig is létezett, és a kvantumgravitáció új elmélete feltárja, hogyan ...

Az energia, és nem hullámok vagy részecskék lehetnek az univerzum alapvető építőelemei

A haditengerészet "UFO szabadalmi" dokumentumai "Téridő-módosító fegyverekről" és részletes kísérleti tesztekről szólnak

A blokk univerzum elmélete szerint az idő múlása csupán illúzió, és egyszerre létezik a múlt, a jelen és a jövő

Az elején volt... nos, talán nem is volt kezdet. Talán univerzumunk mindig is létezett, és a kvantumgravitáció új elmélete feltárja, hogyan működhet ez.

"A valóságban olyan sok dolog van, amit a legtöbb ember a sci-fihez vagy akár a fantasyhez kötne," - mondta Bruno Bento fizikus, aki az idő természetét tanulmányozza az Egyesült Királyságban, a Liverpooli Egyetemen.

Munkájában a kvantumgravitáció új elméletét alkalmazta, az úgynevezett kauzális halmazelméletet, amelyben a tér és az idő a téridő diszkrét darabjaira oszlik. Ezen elmélet szerint valamilyen szinten létezik a téridő alapvető egysége.

Bento és munkatársai ezt az ok-okozati megközelítést használták az univerzum kezdetének feltárására. Azt találták, hogy lehetséges, hogy a világegyetemnek nincs kezdete - hogy mindig is létezett a végtelen múltban, és csak nemrég alakult át az úgynevezett ősrobbanássá.

A kvantumgravitáció

A kvantumgravitáció talán a leginkább frusztráló probléma a modern fizika előtt. Két rendkívül hatékony elméletünk van a világegyetemről: a kvantumfizika és az általános relativitáselmélet. A kvantumfizika a négy alapvető természeti erő közül három (elektromágnesesség, gyenge erő és erős erő) sikeres leírását készítette el a mikroszkopikus skálákig. Az általános relativitáselmélet viszont a valaha kitalált legerősebb és legteljesebb leírása a gravitációnak.

De minden erőssége ellenére az általános relativitás hiányos. Az univerzum legalább két meghatározott helyén az általános relativitáselmélet egyszerűen felbomlik, és nem ad megbízható eredményeket: a fekete lyukak központjában és a világegyetem kezdetén.

Ezeket a régiókat "szingularitásoknak" nevezik, amelyek olyan helyek a téridőben, ahol a jelenlegi fizikai törvényeink összeomlanak, és matematikai figyelmeztető jelek arra, hogy az általános relativitáselmélet megbotlik önmagában. Mindkét szingularitáson belül a gravitáció hihetetlenül erős lesz nagyon apró hosszúságú skálákon.

Mint ilyen, a szingularitások rejtélyeinek megoldásához a fizikusoknak szükségük van az erős gravitáció mikroszkopikus leírására, amelyet kvantumgravitációs elméletnek is neveznek. Rengeteg versengő elmélet van, beleértve a húrelméletet és a hurok-kvantumgravitációt.

És van egy másik megközelítés, amely teljesen átírja a tér és idő megértését.

Kauzális halmazelmélet

Minden jelenlegi fizikai elméletben a tér és az idő folyamatos. Sima szövetet alkotnak, amely a valóság alapját képezi. Egy ilyen folytonos téridőben két pont olyan közel lehet a térben egymáshoz, amennyire csak lehet, és ugyanez igaz két eseményre is.

De egy másik megközelítés, a kauzális halmazelmélet a téridőt diszkrét darabokként, vagy téridő "atomok" sorozataként képzeli el. Ez az elmélet szigorú korlátokat szabna annak, hogy az események mennyire lehetnek közel időben és térben, mivel nem lehetnek közelebb az "atom" méreténél.

Például, ha a képernyőn valaki olvassa ezt, akkor minden simának és folyamatosnak tűnik. Ha azonban ugyanazt a képernyőt nagyítón keresztül nézi, akkor láthatja a teret felosztó képpontokat, és azt tapasztalja, hogy lehetetlen két képet közelebb vinni egymáshoz a képernyőn egyetlen képpontnyi távolságnál.

Ez a fizikaelmélet izgatta Bentót. "Nagyon izgatott voltam, amikor megtaláltam ezt az elméletet, amely nemcsak a lehető legalapvetőbb módon próbálja megközelíteni a kvantumgravitációt és valójában újragondolni a téridő fogalmát, de központi szerepet is betölt az időben, és hogy fizikailag mit jelent az idő múlása, mennyire fizikai a múltja, és hogy a jövő létezik-e már vagy sem," - mondta Bento.

Az idő kezdete

A kauzális halmazelmélet fontos hatással van az idő természetére.

"A kauzális halmazelmélet filozófiájának óriási része az, hogy az idő múlása valami fizikai dolog, és nem tulajdonítható esetleges illúziónak, vagy valami olyan dolognak, ami az agyunkban történik, és ami azt hiszi, hogy az idő múlik; ez az elmúlás önmagában a fizikai elmélet megnyilvánulása," - mondta Bento. "Tehát a kauzális halmazelméletben az oksági halmaz egy-egy 'atomot' növeszt, és egyre nagyobb és nagyobb lesz."

A kauzális halmazelmélet megközelítése szépen eltávolítja az ősrobbanás szingularitásának problémáját, mert elméletben a szingularitások nem létezhetnek. Lehetetlen, hogy az anyag végtelenül apró pontokba tömörödjön - nem lehetnek kisebbek, mint egy téridő atom mérete.

Tehát az ősrobbanás szingularitása nélkül vajon hogyan néz ki univerzumunk kezdete? Itt vette fel a fonalat Bento és munkatársa, Stav Zalel, a londoni Imperial College végzős hallgatója, és azt vizsgálta, hogy a kauzális halmazelmélet mit mond a világegyetem kezdeti pillanatairól. Munkájuk egy szeptember 24 -én megjelent cikkben jelenik meg az arXiv adatbázisában. (A dokumentumot még publikálni kell egy lektorált tudományos folyóiratban.) (1)

A cikk azt vizsgálta, hogy "szükség van-e kezdetre a kauzális halmazelmélet megközelítésében," - mondta Bento. "Az eredeti kauzális halmazelmélet megfogalmazásában és dinamikájában klasszikus értelemben egy ok-okozati halmaz a semmiből nő az univerzumba, amelyet ma látunk. Ehelyett a munkánkban nincs ősrobbanás, mint kezdet, mivel a kauzális halmaz végtelen lenne a múltban, és így mindig van valami előtte."

Munkájukból következik, hogy a világegyetemnek talán nem volt kezdete - hogy egyszerűen mindig is létezett. Az, amit ősrobbanásként érzékelünk, lehet, hogy csak egy bizonyos pillanat volt ennek a mindig létező kauzális halmaznak az evolúciójában, nem pedig valódi kezdet.

Mégis sok a tennivaló. Egyelőre nem világos, hogy ez a kezdettel nem rendelkező oksági megközelítés lehetővé tesz-e olyan fizikai elméleteket, amelyekat alkalmazhatunk a világegyetem bonyolult evolúciójának leírásában az ősrobbanás során.

"Még mindig meg lehet kérdezni, hogy ez a kauzális halmazelmélezt megközelítés értelmezhető-e 'ésszerű' módon, vagy mit jelent ez a dinamika fizikailag tágabb értelemben, de megmutattuk, hogy a keret valóban lehetséges," - mondta Bento. "Tehát, legalábbis matematikailag ezt meg lehet tenni."

Más szóval, ... ez egy kezdet. (2)

(1) - https://arxiv.org/abs/2109.11953
(2) - https://www.livescience.com/universe