В началото бе ... е, може би е нямало начало. Може би нашата Вселена винаги е съществувала - и нова теория за квантовата гравитация разкрива как това би могло да работи.
„Реалността има толкова много неща, които повечето хора биха свързали с научна фантастика или дори с фентъзи“, започва Бруно Бенто (Bruno Bento), физик, който изучава природата на времето в Университета в Ливърпул, Великобритания.
В работата си той използва нова теория на квантовата гравитация, наречена теория на причинно-следствените множества ( causal set theory), в която пространството и времето се разбиват на отделни (дискретни) парчета пространство-време. Според тази теория на някакво ниво има фундаментална единична мярка, квант пространство-време.
Бенто и неговите сътрудници използват този причинно-следствен подход, за да изследват началото на Вселената. Те откриват, че е възможно Вселената да няма начало - че винаги е съществувала в безкрайното минало и едва наскоро еволюира в това, което наричаме Големия взрив.
Квант на гравитацията
Квантовата гравитация е може би най-разочароващият проблем, пред който е изправена съвременната физика. Имаме две изключително ефективни теории за Вселената: квантова физика и Общата теория на относителността.
Квантовата физика е представила успешно описание на три от четирите основни сили на природата (електромагнитно, слабо и силно взаимодействие) до микроскопични мащаби. Общата теория на относителността, от друга страна, е най-мощното и пълно описание на гравитацията, измисляно някога.
Но въпреки всичките си силни страни, Общата теория на относителността е непълна. Най-малко на две конкретни места във Вселената математиката на Общата теория на относителността просто се разпада, неуспявайки да даде надеждни резултати - в центровете на черни дупки и в началото на Вселената.
Тези региони се наричат „сингулярност“, които са места в пространство-времето, където нашите настоящи закони на физиката се разпадат, и те са математически предупредителни знаци, че Общата теория на относителността се препъва сама. В рамките на тези две сингулярности гравитацията става невероятно мощна в много малки пространствени мащаби.
За да разрешат мистерията на сингулярностите, физиците се нуждаят от микроскопично описание на силната гравитация, наречена още квантова теория на гравитацията. Има много претенденти, включително струнната теория и цикличната квантова гравитация .
И има друг подход, който напълно пренаписва нашето разбиране за пространство и време.
Теория на причинно-следствените множества
Във всички съвременни теории на физиката пространството и времето са непрекъснати. Те образуват гладка тъкан, която стои в основата на цялата реалност. В такова непрекъснато пространство-време две точки могат да бъдат възможно най-близо една до друга в пространството и две събития могат да се случат възможно най-близо едно след друго.
Но друг подход, наречен теория на причинно-следствените множества, преосмисля пространство-времето като поредица от дискретни парчета или „атоми“ пространство-време. Тази теория поставя строги ограничения за това колко близки могат да бъдат събитията в пространството и времето, тъй като те не могат да бъдат по-близо до размера на „атома“ пространство-време.
Кредит: Wikimedia Commons
Например, ако гледате екрана си, четейки това, всичко изглежда гладко и непрекъснато. Но ако погледнете същия екран през лупа, може да видите пикселите, които разделят пространството, и ще откриете, че е невъзможно да две изображения на екрана ви да са по-близо от един пиксел.
Тази физическа теория е развълнувала Бенто.
„Бях развълнуван да открия тази теория, която не само се опитва да бъде възможно най-фундаментална - като подход към квантовата гравитация и всъщност преосмисля понятието за самото пространство-време - но също така дава централна роля на времето и това, което то физически означава "да мине време", колко физическо е миналото ти и дали бъдещето вече съществува или не“, коментира Бенто пред Live Science.
Началото на времето
Теорията на причинно-следствените множества има важни последици за природата на времето.
„Огромна част от философията на причинно-следствените множества е, че течението на времето е нещо физическо, че не трябва да се приписва на някакъв възникнал вид илюзия или на нещо, което се случва в мозъка ни, което ни кара да мислим, че времето минава, това преминаване е, само по себе си, проява на физическата теория", отбелязва Бенто.
"Така че, в теорията на причинно-следствените множества, причинно-следственото множество ще нараства само по един "атом" всеки път и ще става все по-голямо".
Подходът на причинно-следствените множества добре премахва проблема за сингулярността на Големия взрив, защото в тази теория сингулярностите не могат да съществуват. Невъзможно е материята да се компресира до безкрайно малки точки - те могат да станат не по-малки от размера на атом от пространство-времето.
Причинно-следствена множество. Елементите са представени като възли и редът е обозначен с линиите: елемент x предхожда елемент y тогава и само ако има възходящ път от x до y. Частта от причинно-следственото множество, която се намира в затъмнената област, добре се апроксимира към непрекъснато пространство-време (физиката в тази област се обяснява с ОТО). Остатъкът от причинно-следственото множество формира ерата на квантовата гравитация, предшестваща сингулярността на Големия взрив. Кредит: If time had no beginning, Bruno Valeixo Bento, Stav Zale
И така, без сингулярностите на Големия взрив, как изглежда началото на нашата Вселена? Това е мястото, където Бенто и неговият сътрудник, Став Залел (Stav Zalel), студент в Imperial College London, изследват какво може да каже теорията за причинно-следствените множества за началните моменти на Вселената.
Тяхната работа се появява в документ, публикуван на 24 септември в базата данни за препринти arXiv. (Статията все още не е публикувана в рецензирано научно списание.)
Документът разглежда "дали трябва да съществува начало в подхода на теорията за причинно-следствените множества", разказва Бенто.
"В първоначалната формулировка и динамика на причинно-следствените множества, класически казано, каузалното множество нараства от нищо във Вселената, която виждаме днес. В нашата работа няма Голям взрив като начало, тъй като причинно-следствените множества са безкрайни в миналото, защото винаги има нещо преди".
Тяхната работа предполага, че Вселената може да не е имала начало - че тя просто винаги е съществувала. Това, което възприемаме като Големия взрив, може да е било само определен момент от еволюцията на тази винаги съществуваща причинно-следствена поредица, а не истинско начало.
Предстои обаче още много работа да се свърши. Все още не е ясно дали този начинаещ причинно-следствен подход може да позволи физически теории, с които можем да работим, за да опишем сложната еволюция на Вселената по време на Големия взрив.
„Може все още да се питаме дали този [подход на причинно-следствените множества] може да се тълкува по „разумен“ начин или какво означава тази динамика физически в по-широк смисъл, но ние показахме, че рамката наистина е възможна“, подчертава Бенто. "Така че поне математически това може да се направи."
С други думи, това е ... начало.
Справка: If time had no beginning
Bruno Valeixo Bento, Stav Zalel, https://arxiv.org/abs/2109.11953
Източник: What if the universe had no beginning?, Live Science
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари