In die begin was daar … wel, miskien was daar geen begin nie. Miskien het ons heelal nog altyd bestaan – en die nuwe teorie van kwantumswaartekrag wys hoe dit kan werk.
"Daar is soveel dinge in werklikheid wat die meeste mense met wetenskapfiksie of selfs fantasie assosieer," het Bruno Bento, 'n fisikus wat die aard van tyd aan die Universiteit van Liverpool in die Verenigde Koninkryk bestudeer, aan Live Science gesê.
In sy werk het hy 'n nuwe teorie van kwantumswaartekrag gebruik wat die teorie van oorsaaklike versamelings genoem word, waarin ruimte en tyd in diskrete dele van ruimte-tyd verdeel word. Volgens hierdie teorie is daar op 'n sekere vlak 'n fundamentele eenheid van ruimte-tyd.
Bento en sy medewerkers het hierdie oorsaaklike benadering gebruik om die begin van die heelal te verken. Hulle het gevind dat dit heeltemal moontlik is dat die heelal nie 'n begin gehad het nie – dit het altyd in die oneindige verlede bestaan en eers onlangs verander in wat ons die Oerknal noem.
Kwantum van swaartekrag.
Kwantumswaartekrag is miskien die kwelste probleem in moderne fisika. Ons het twee uiters effektiewe teorieë van die heelal: kwantumfisika en algemene relatiwiteit. Kwantumfisika het drie van die vier fundamentele natuurkragte (elektromagnetisme, swak interaksie en sterk interaksie) suksesvol tot op mikroskopiese skale beskryf. Aan die ander kant is algemene relatiwiteit die kragtigste en mees volledige beskrywing van swaartekrag wat ooit uitgevind is.
Maar ondanks al sy sterk punte is algemene relatiwiteit onvolledig. Op ten minste twee spesifieke plekke in die Heelal werk die wiskunde van algemene relatiwiteit eenvoudig nie, sonder om betroubare resultate te gee nie: by die middelpunte van swart gate en aan die begin van die Heelal. Hierdie gebiede word "singulariteite" genoem, wat punte in ruimtetyd beteken waar ons huidige wette van fisika in duie stort, en dit is wiskundige waarskuwingstekens dat algemene relatiwiteit oor homself struikel. Binne beide hierdie singulariteite word swaartekrag ongelooflik sterk op baie klein lengteskale.
Om dus die geheimenisse van die singulariteite te ontrafel, benodig fisici 'n mikroskopiese beskrywing van sterk swaartekrag, ook genoem die kwantumteorie van swaartekrag. Daar is baie aanspraakmakers, insluitend snaarteorie en lus-kwantumswaartekrag.
En daar is nog 'n benadering wat ons begrip van ruimte en tyd heeltemal verander.
Oorsaaklike versamelingsteorie
In alle moderne teorieë van fisika is ruimte en tyd kontinu. Hulle vorm die gladde stof onderliggend aan alle werklikheid. In so 'n aaneenlopende ruimte-tyd kan twee punte so na as moontlik aan mekaar in die ruimte wees, en twee gebeurtenisse kan so na as moontlik aan mekaar in tyd plaasvind.
Maar 'n ander benadering, genaamd oorsaaklike versamelingteorie, herbeeld ruimtetyd as 'n reeks diskrete fragmente of ruimtetyd-"atome". Hierdie teorie stel streng beperkings op hoe naby gebeure in ruimte en tyd kan wees, aangesien hulle nie nader as die grootte van 'n "atoom" kan wees nie.
As jy byvoorbeeld na jou skerm kyk en dit lees, lyk alles glad en deurlopend. Maar as jy na dieselfde skerm deur 'n vergrootglas kyk, kan jy sien hoe pixels die spasie verdeel, en jy vind dat dit onmoontlik is om twee beelde op die skerm nader as een pixel te bring.
Hierdie teorie van fisika het Bento opgewonde gemaak. “Ek was verheug om hierdie teorie te vind wat nie net probeer om so fundamenteel moontlik te word nie – deur kwantumswaartekrag te benader en eintlik die idee van ruimtetyd te herdefinieer – maar ook om tyd te sentraliseer en wat dit fisies beteken. daardie tyd sal verbygaan, hoe fisies jou verlede werklik is en of die toekoms reeds bestaan,” het Bento aan Live Science gesê.
Die begin van tyd
Oorsaaklike versamelingsteorie is noodsaaklik vir die aard van tyd.
“'n Groot deel van die filosofie van oorsaaklike versamelings is dat die verloop van tyd iets fisies is en nie toegeskryf kan word aan een of ander ontluikende illusie of aan iets wat in ons brein gebeur wat ons laat dink dat tyd verbygaan nie; hierdie deurloop is self 'n manifestasie van fisiese teorie,” het Bento gesê. "So, in kousale versameling teorie, sal die oorsaaklike versameling een atoom op 'n slag groei en groter en groter word."
Die kousale setbenadering verwyder die Oerknal-singulariteitsprobleem netjies, want singulariteite kan in teorie nie bestaan nie. Materie kan nie tot oneindig klein punte saamgepers word nie - hulle kan nie minder as die grootte van 'n atoom in ruimte-tyd wees nie.
So, hoe lyk die begin van ons heelal sonder die oerknal-singulariteit? Dit was hier waar Bento en sy medewerker Stav Zalel, 'n gegradueerde student aan die Imperial College in Londen, die draad opgetel het deur te ondersoek wat die oorsaaklike versamelingteorie oor die vroeë dae van die heelal sê. Hul werk is op 24 September in die arXiv-voordrukdatabasis gepubliseer. (Die artikel is nog nie in 'n eweknie-geëvalueerde wetenskaplike tydskrif gepubliseer nie.)
Die artikel ondersoek "of dit in 'n oorsaaklike benadering moes begin bestaan het," het Bento gesê. “In die oorspronklike formulering en dinamika van die kousale versameling, klassiek gesproke, groei die kousale versameling uit niks in die heelal wat ons vandag sien. In plaas daarvan sou daar geen Oerknal as 'n begin in ons werk wees nie, aangesien die oorsaaklike versameling oneindig sou wees tot in die verlede, en daarom is daar altyd iets voor. “
Hulle werk impliseer dat die heelal dalk nie 'n begin gehad het nie - dat dit eenvoudig nog altyd bestaan het. Wat ons as die Oerknal waarneem, kan net 'n spesiale oomblik in die evolusie van hierdie immer bestaande oorsaaklike aggregaat wees, en nie die ware begin nie.
Daar is egter nog baie werk wat gedoen moet word. Dit is nog nie duidelik of hierdie onnodige oorsaaklike benadering voorsiening kan maak vir fisiese teorieë waarmee ons kan werk om die komplekse evolusie van die heelal tydens die Oerknal te beskryf nie.
“'n Mens kan steeds vra of hierdie [oorsaaklike benadering] op 'n 'slim' manier geïnterpreteer kan word, of wat sulke dinamika fisies in 'n breër sin beteken, maar ons het gewys dat struktuur wel moontlik is,” het Bento gesê. "So ten minste wiskundig kan dit gedoen word."
