Albert Einstein był jednym z najważniejszych fizyków w historii. Ale nawet on mógł się mylić. Przez długi czas Einstein wierzył, że wszechświat nie ma początku w czasie i przestrzeni. Inni fizycy udowodnili coś przeciwnego – tak narodziła się teoria Wielkiego Wybuchu. Ale wraz z nią pojawiło się kolejne pytanie: Co było przed początkiem wszechświata?

Jak powstała teoria Wielkiego Wybuchu?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, ważne jest zrozumienie stojącej za nim teorii. Albert Einstein i Alexander Alexander Friedman zastosowali równanie względności Einsteina do wszechświata. „Wykazano już, że wszechświat nie jest ogólnie statyczny, ale może się rozszerzać lub kurczyć” – mówi astrofizyk Fabian Schmidt, który bada m.in. wczesny wszechświat w Instytucie Maxa Plancka. Odkrycia Einsteina były sprzeczne z jego własnymi przekonaniami, dlatego dodał „kosmologiczną stałą” do swojej teorii względności. Dopuściłem scenariusz, w którym wszechświat byłby statyczny.

Jednak w latach dwudziestych astronomowie, w tym Edwin Hubble, zauważyli poprzez obserwacje, że „galaktyki wokół nas zawsze wydają się mieć tendencję do oddalania się od nas”, mówi Schmidt. Kolejny argument za ekspansją wszechświata ostatecznie przekonał Einsteina. Odkrycie Hubble’a było „jedną z największych rewolucji intelektualnych XX wieku”, jak zauważył w jednej ze swoich książek brytyjski astrofizyk Stephen Hawking. Dylatację można zilustrować balonem. Jeśli narysujesz na nich kropki i wysadzisz je, mówi Fabian Schmidt, „każda kropka oddala się coraz bardziej od siebie”.

W tym sensie fizycy, tacy jak George Gamow, doszli do wniosku, że przed rozszerzeniem cała materia musi być w tym czasie ściśle złożona – stąd punkt jej powstania. Ponadto Gamow postawił hipotezę, że promieniowanie z tego okresu można nadal mierzyć dzisiaj. Miał rację: w 1965 roku fizycy Arno Penzias i Robert Wilson odkryli tak zwane kosmiczne promieniowanie tła, promieniowanie w paśmie mikrofalowym. Te mikrofale są tego samego typu, co znamy z mikrofal w kuchni – tylko te w przestrzeni są znacznie słabsze i chłodniejsze. Kosmiczne promieniowanie tła powstało około 380 000 lat po Wielkim Wybuchu, kiedy gęstość i temperatura spadły i od tego czasu mogły powstawać atomy. Jest uważany za najsilniejszy dowód na istnienie teorii Wielkiego Wybuchu.

Co wiemy o Wielkim Wybuchu?

Miejsce pochodzenia jest teraz znane. Wszechświat powstał około 13,8 miliarda lat temu. Ponieważ w tym momencie materiał był bardzo zwarty, musiał być bardzo mały i gorący. Następnie ta skompresowana energia nagle rozszerzyła się z niewyobrażalną prędkością. To nie był odlot, jak sama nazwa wskazuje. Ładny Po sekundzie było około dziesięciu bilionów stopni Jego średnica sięgała od ziemi do księżyca. Jednak w tej chwili zmieściłby się w filiżance kawy. Od tego czasu powstały pierwsze cząstki elementarne. Od tego czasu wszechświat stał się większy, zimniejszy i mniej gęsty.

Co spowodowało Wielki Wybuch?

Tutaj teoria wielkiego spotyka się z teorią małego: teorią względności i teorią kwantów. Ta ostatnia dotyczy atomów i cząstek elementarnych. Ale do tej pory fizycy uważali te dwie rzeczy za niezgodne, co oznacza, że ​​obie zawodzą w opisie Wielkiego Wybuchu. „To prawdopodobnie największy otwarty problem w fizyce”, wyjaśnia Fabian Schmidt.

Ważną rolę odgrywają tak zwane fluktuacje kwantowe. Zapewnia stałe i niewielkie wahania parametrów fizycznych. W całkowicie pustej przestrzeni cząstki mogą na krótko pojawiać się i ponownie znikać, wpływając w ten sposób na czasoprzestrzeń. Proces, który działa w fizyce kwantowej, ale nie w fizyce klasycznej. Taka fluktuacja mogła w tym czasie również rozszerzyć wszechświat. „Obecnie nie mamy teorii, która by to właściwie opisała”, mówi Fabian Schmidt z Instytutu Maxa Plancka. „Ale istnieją uproszczone modele, które mogą mieć duże znaczenie”, mówi Schmidt.

Co było przed Wielkim Wybuchem?

Dlatego można wypowiadać się o początkach wszechświata. W rzeczywistości, jak mówi astrofizyk, Wielki Wybuch jest ostatecznie tylko spekulacją. „Im bardziej się cofamy, tym bardziej pośredni staje się nasz pomiar, tym więcej musimy budować modele i spekulować”. Naukowcy nigdy nie idą do punktu zerowego. Fizycznie nieskończona gęstość i nieskończone ciepło są w końcu bez znaczenia. W fizyce ten stan nazywa się osobliwością. W nim tracą swoją ważność wszystkie znane prawa fizyki – w tym teoria względności Einsteina.

Tak więc każda możliwa odpowiedź na wcześniej istniejące pytanie jest tylko zgadywaniem. Wymyka się sferze tego, co można zmierzyć. Hawking napisał: „Wydaje się, że w samej naturze istnieje pewien stopień przypadkowości i niepewności, których nie można wyeliminować, bez względu na to, jak dobre są te teorie”. Porównaj wszechświat z gigantycznym kasynem, w którym kości są rzucane ponownie przy każdej okazji. Podobnie jak w przypadku hazardu, możliwe są różne sposoby, każdy z innymi możliwościami.

Jakie są teorie?

Jednym z pomysłów jest idea wieloświata. Istnieje dziwna substancja o niezwykle wysokich energiach. Tworzą te losowe fluktuacje kwantowe. Może to powodować powstawanie pęcherzy w niektórych miejscach. Jeśli warunki są odpowiednie, może rozpocząć się tak zwana era inflacyjna i wszechświat rozszerza się w tej bańce. „Oznacza to, że wszystko poza tą bańką staje się dla nas zupełnie nieistotne. Ponieważ żyjemy i zauważamy tylko niewielką część tej bańki.” Zatem nasz obserwowalny wszechświat może być tylko niewielką częścią większego wszechświata. Otwartą kwestią pozostaje jednak skąd pochodzi ta ostatnia.

Inna teoria zakłada, że ​​istniał po prostu stan bez czasu jako współrzędnej. Fabian Schmidt wyjaśnia, że ​​czas zaczął istnieć dopiero, gdy wszechświat się rozszerzył. Oznacza to również: wszechświat powstał z niczego. Taki pogląd miał na przykład Stephen Hawking. Hawking pisze, że przestrzeń i czas „określane są tylko we wszechświecie, więc byłoby absurdem mówić o czasie, który rozpoczął się przed wszechświatem”. „To byłoby równie śmieszne, jak pytanie o punkt na południe od bieguna południowego”.