Wszechświat mógł nigdy nie mieć początku. Nowa teoria dotyczącą Wielkiego Wybuchu

Co było na początku? To pytanie od wieków zadają sobie naukowcy. Teraz okazuje się, że w ogóle mogło go nie być. Nowa hipoteza wskazuje, że nasz Wszechświat istniał od zawsze, a teoria grawitacji kwantowej ujawnia, jak to możliwe.

Grawitacja kwantowa jest prawdopodobnie najbardziej frustrującym problemem, przed jakim stoi współczesna fizyka. W tej chwili istnieją dwie niezwykle skuteczne teorie Wszechświata – fizyka kwantowa i ogólna teoria względności. We wszystkich aktualnych teoriach fizyki przestrzeń i czas są ciągłe.

Jednak inne podejście, zwane teorią mnogości przyczynowych, przeobraża czasoprzestrzeń w serię kawałków lub czasoprzestrzennych "atomów". Teoria ta nakładałaby ścisłe ograniczenia na to, jak blisko siebie mogą znajdować się wydarzenia w przestrzeni i czasie, ponieważ nie mogą być one bliższe niż rozmiar "atomu".

"Rzeczywistość ma tak wiele rzeczy, które większość ludzi kojarzyłaby z science fiction lub nawet fantasy" – powiedział Bruno Bento, fizyk badający naturę czasu na Uniwersytecie w Liverpoolu w Wielkiej Brytanii.

W swojej pracy, o której jako pierwszy napisał serwis Live Science, wykorzystał on nową teorię grawitacji kwantowej, zwaną teorią mnogości przyczynowych, w której przestrzeń i czas są rozbite na wspomniane kawałki czasoprzestrzeni. Według tej teorii, na pewnym poziomie istnieje fundamentalna jednostka czasoprzestrzeni.

Bento i jego współpracownicy wykorzystali to podejście przyczynowo-skutkowe do zbadania początku Wszechświata. Odkryli, że możliwe jest, iż Wszechświat nie miał początku – istniał od zawsze w nieskończonej przeszłości i dopiero niedawno ewoluował w to, co nazywamy Wielkim Wybuchem.

"Byłem zachwycony, gdy znalazłem tę teorię, która nie tylko stara się być tak fundamentalna, jak to tylko możliwe – będąc podejściem do kwantowej grawitacji i właściwie przemyśleniem samego pojęcia czasoprzestrzeni – ale także nadaje centralną rolę czasowi i temu, co fizycznie oznacza upływ czasu, jak fizyczna jest twoja przeszłość i czy przyszłość już istnieje, czy nie" – powiedział Bento w wywiadzie dla Live Science.

Podejście zbioru przyczynowego zgrabnie usuwa problem Wielkiego Wybuchu, ponieważ w tej teorii osobliwości nie mogą istnieć. Niemożliwe jest, aby materia skompresowała się do nieskończenie małych punktów – nie mogą one być mniejsze niż rozmiar atomu czasoprzestrzeni.

W tym miejscu Bento i jego współpracownik Stav Zalel, student Imperial College London, zadali sobie pytanie, jak wyglądał początek naszego Wszechświata bez osobliwości Wielkiego Wybuchu. Podjęli ten wątek, badając, co teoria mnogości przyczynowych może powiedzieć o początkowych momentach Wszechświata. Ich praca pojawia się w artykule opublikowanym 24 września w bazie danych przeddruków arXiv.

W artykule zbadano, "czy w podejściu opartym na zbiorze przyczynowym musi istnieć początek" – powiedział Bento.

"W oryginalnym sformułowaniu zbioru przyczynowego i dynamiki, klasycznie mówiąc, zbiór przyczynowy rośnie z niczego we Wszechświat, który widzimy dzisiaj. W naszej pracy, zamiast tego, nie byłoby Wielkiego Wybuchu jako początku, ponieważ zbiór przyczynowy byłby nieskończony dla przeszłości, a więc zawsze jest coś przed".

Ich praca sugeruje, że Wszechświat mógł nie mieć początku – po prostu istniał od zawsze. To, co postrzegamy jako Wielki Wybuch, mogło być tylko szczególnym momentem w ewolucji tego zawsze istniejącego zbioru przyczynowego, a nie prawdziwym początkiem.

Wciąż jednak pozostaje wiele do zrobienia. Nie jest jeszcze jasne, czy to nie mające początku podejście przyczynowe może pozwolić na stworzenie teorii fizycznych, z którymi będzie można pracować, aby opisać złożoną ewolucję Wszechświata podczas Wielkiego Wybuchu.