mitä uteliaammaksi tulemme suurten kosmisten tuntemattomien asioiden suhteen, sitä avoimempia kysymyksiä universumia koskevat tutkimuksemme paljastavat. Tiedustelu minkä tahansa luonteesta-missä se on, mistä se on peräisin ja miten se on tullut — johtaa väistämättä samoihin suuriin mysteereihin: maailmankaikkeuden ja kaiken siinä olevan perimmäiseen olemukseen ja alkuperään. Kuitenkin, riippumatta siitä, kuinka kauas taaksepäin menemme, nuo samat viipyvät kysymykset näyttävät aina jäävän: jossain vaiheessa, entiteettejä, jotka ovat meidän ”lähtökohta” ei välttämättä ole olemassa, joten miten ne ovat syntyneet? Lopulta päädyt perimmäiseen kysymykseen: miten jokin syntyi tyhjästä? Kuten monet viimeaikaiset kysyjät, kuten Luke Martin, Buzz Morse, Russell Blalack, John Heiss ja monet muut ovat kirjoittaneet:

”okei, saat varmasti tämän kysymyksen loputtomasti, mutta kysyn kuitenkin: miten jokin (universumi/alkuräjähdys) syntyi tyhjästä?”

tämä on ehkä yksi suurimmista kysymyksistä kaikista, koska se pohjimmiltaan kysyy paitsi mistä kaikki tuli, mutta miten kaikki ylipäätään syntyi. Tämän pidemmälle tiede ei ole päässyt, ainakaan toistaiseksi.

tänään, Kun katsomme maailmankaikkeutta, keräämämme koko havaintosarja, vaikka tunnetut epävarmuustekijät on otettu huomioon, kaikki viittaavat huomattavan yhtenäiseen kuvaan. Universumimme on tehty Materiasta (eikä antimateriasta), se noudattaa samoja fysiikan lakeja kaikkialla ja kaikkina aikoina ja alkoi — ainakin, kuten sen tunnemme — kuumalla Alkuräjähdyksellä noin 13,8 miljardia vuotta sitten. Sitä hallitsee yleinen suhteellisuusteoria, se laajenee ja jäähtyy ja gravitoituu, ja sitä hallitsee pimeä energia (68%) ja pimeä aine (27%), ja normaali aine, neutriinot ja säteily muodostavat loput.

nykyään se on tietysti täynnä galakseja, tähtiä, planeettoja, raskaita alkuaineita ja ainakin yhdessä paikassa älykästä ja teknologisesti kehittynyttä elämää. Näitä rakenteita ei aina ollut, vaan ne syntyivät kosmisen evoluution tuloksena. Merkittävässä tieteellisessä harppauksessa 1900-luvun tiedemiehet pystyivät rekonstruoimaan aikajanan sille, miten universumimme meni enimmäkseen yhtenäisestä universumista, jossa ei ollut monimutkaista rakennetta ja joka koostui yksinomaan vedystä ja heliumista, rakenteellisesti rikkaaseen universumiin, jota nykyään tarkkailemme.

jos aloitamme tästä päivästä, voimme astua ajassa taaksepäin ja kysyä, mistä jokin yksittäinen rakenne tai sen osa on peräisin. Jokaisesta saamastamme vastauksesta voimme sitten kysyä, ”ok, mutta mistä tuo tuli ja miten se syntyi”, palatessamme kunnes meidän on pakko vastata, ” emme tiedä, ainakaan vielä.”Sitten voimme lopultakin miettiä, mitä meillä on, ja kysyä,” miten se on syntynyt, ja onko mitään keinoa, että se olisi voinut syntyä tyhjästä?”

joten aloitetaan.

nykyinen elämä on peräisin monimutkaisista molekyyleistä, joiden on täytynyt syntyä jaksollisen järjestelmän atomeista: raaka-aineista, jotka muodostavat kaiken normaalin aineen, joka meillä on maailmankaikkeudessa nykyään. Maailmankaikkeus ei syntynyt näistä atomeista, vaan tarvittiin useita sukupolvia eläviä ja kuolevia tähtiä, joiden ydinreaktioiden tuotteet kierrätettiin tuleviin tähtisukupolviin. Ilman tätä planeetat ja monimutkainen kemia olisivat mahdottomuus.

jotta voimme muodostaa nykyaikaisia tähtiä ja galakseja, tarvitsemme:

• gravitaatio, joka vetää pieniä galakseja ja tähtijoukkoja toisiinsa, luoden suuria galakseja ja käynnistäen uusia Tähtien muodostumisaaltoja,
• , joka edellytti gravitaatiokasvusta syntyneitä massakokoelmia,
• , jotka vaativat pimeän aineen muodostumista varhaisessa vaiheessa estäen tähtien muodostumisjaksoja sinkoamasta tuota ainetta takaisin galaksienväliseen väliaineeseen,
• jotka vaativat normaalin oikean tasapainon materiaa, pimeää ainetta ja säteilyä, jotka synnyttävät kosmisen mikroaaltotaustan, kuumassa alkuräjähdyksessä muodostuneet kevyet alkuaineet, ja niissä näkemämme abundanssit/kuviot,
• , jotka edellyttivät siemenen alkuvaihteluita-tiheyden epätäydellisyyksiä-kasvaakseen gravitaatiomaisesti näihin rakenteisiin,
• , jotka vaativat jonkin tavan luoda nämä epätäydellisyydet, sekä jonkin tavan luoda pimeää ainetta ja luoda alkuperäisen määrän normaalia ainetta.

nämä ovat kolme keskeistä ainesosaa, joita tarvitaan kuuman alkuräjähdyksen alkuvaiheissa synnyttämään maailmankaikkeus sellaisena kuin me sen nykyään havaitsemme. Olettaen, että vaadimme myös fysiikan ja aika — avaruuden lakien olemassaoloa — yhdessä aineen/energian itsensä kanssa-haluamme luultavasti sisällyttää ne välttämättömiksi ainesosiksi, joiden täytyy jotenkin syntyä.

joten lyhyesti sanottuna, kun kysymme, Voimmeko saada maailmankaikkeuden tyhjästä vai ei, nämä ovat uusia, tähän asti selittämättömiä entiteettejä, jotka meidän on jotenkin noustava esiin.

saadaksemme enemmän ainetta kuin antiainetta, meidän on ekstrapoloitava takaisin hyvin varhaiseen universumiin, aikaan, jolloin fysiikkamme on hyvin epävarmaa. Fysiikan lait sellaisina kuin ne tunnemme ovat jossain mielessä symmetrisiä aineen ja antiaineen välillä: jokainen näkemämme reaktio voi luoda tai tuhota ainetta ja antimateriaa yhtä paljon. Mutta maailmankaikkeus, joka meillä oli, huolimatta siitä, että se alkoi uskomattoman kuumassa ja tiheässä tilassa, jossa ainetta ja antiainetta voitiin luoda runsaasti, runsaasti, on täytynyt olla jokin tapa luoda Materia / antiaine-epäsymmetria, jossa niitä ei alun perin ollut.

tähän on monia keinoja. Vaikka emme tiedä, mikä skenaario todellisuudessa tapahtui nuoressa universumissamme, kaikki tavat tehdä niin sisältävät seuraavat kolme elementtiä:

1. tasapainottomat olosuhteet, jotka luonnollisesti syntyvät laajenevassa, jäähtyvässä maailmankaikkeudessa,
2. tapa tuottaa baryonilukuja rikkovia vuorovaikutuksia, jotka standardimalli sallii sphaleron-vuorovaikutusten kautta (ja standardimallin skenaariot sallivat muilla tavoin),
3. ja tapa tuottaa tarpeeksi C-ja CP-rikkomuksia, jotta aine/antimateria-epäsymmetria syntyy riittävän suurina määrinä.

standardimallissa on kaikki nämä ainekset, mutta ei riittävästi. Jos ajatellaan Materia / antimateriasymmetristä universumia ”Universumina, jossa ei ole mitään”, on lähes varmaa, että maailmankaikkeus loi jotain tyhjästä, vaikka emme ole aivan varmoja, miten se tapahtui.

samoin on olemassa paljon toteuttamiskelpoisia tapoja tuottaa pimeää ainetta. Tiedämme — laajojen kokeiden ja etsintöjen perusteella-että mitä pimeä aine onkaan, se ei voi koostua hiukkasista, joita on standardimallissa. Oli sen todellinen luonne mikä tahansa, se vaatii uutta fysiikkaa, jota ei tällä hetkellä tunneta. Mutta on monia tapoja se olisi voitu luoda, mukaan lukien:

• siitä, että ne ovat syntyneet kuumassa, varhaisessa maailmankaikkeudessa ja sitten epäonnistuneet täysin annihiloitumisessa ja pysyneet sen jälkeen vakaina (kuten kevyin supersymmetrinen tai Kaluza-Kleinin hiukkanen),
• tai faasimurroksesta, joka tapahtui spontaanisti maailmankaikkeuden laajentuessa ja jäähtyessä repien valtavia hiukkasia kvanttityhjiöstä (esim. aksioni),
• neutriinon uutena muotona, joka itse voi joko sekoittua tunnettujen neutriinojen kanssa (ts., steriili neutriino), tai raskaana oikeakätisenä neutriinona, joka esiintyy tavanomaisten neutriinojen lisäksi
• tai puhtaasti gravitaatioilmiönä, joka synnyttää ultramassiivisen hiukkasen (esimerkiksi Wimpzillan).

miksi nykyään on pimeää ainetta, kun muu maailmankaikkeus näyttää toimivan aivan hyvin jo varhain ilman sitä? On täytynyt olla jokin tapa luoda tämä ”juttu”, jossa sellaista ei ollut etukäteen, mutta kaikki nämä skenaariot vaativat energiaa. Mistä kaikki tuo energia sitten tuli?

ehkä kosmisen inflaation — johtavan teoriamme maailmankaikkeuden alkuräjähdystä edeltäneestä alkuperästä-mukaan se todella tuli tyhjästä. Tämä vaatii hieman selitystä, ja sitä tarkoitetaan useimmiten ”maailmankaikkeus tyhjästä.”(Mukaan lukien, muuten, koska sitä käytettiin samannimisen kirjan nimessä.)

kun kuvittelee kuuman alkuräjähdyksen varhaisimmat vaiheet, täytyy ajatella jotain uskomattoman kuumaa, tiheää, korkeaenergistä ja lähes täysin yhtenäistä. Kun kysymme ”miten tämä on syntynyt”, meillä on tyypillisesti kaksi vaihtoehtoa.

1. voimme mennä Lady Gagan reittiä, ja vain väittää, että sen on täytynyt olla ” born this way.”Maailmankaikkeus syntyi näillä ominaisuuksilla, joita kutsumme alkuolosuhteiksi, eikä sille ole muuta selitystä. Teoreettisena fyysikkona kutsumme tätä lähestymistapaa ” luopumiseksi.”
2. tai voimme tehdä sen, minkä teoreettiset fyysikot parhaiten tekevät: yrittää keksiä teoreettinen mekanismi, joka voisi selittää alkuolosuhteet, kiusoittelemalla standardista poikkeavia konkreettisia ennustuksia, vallitsevia teorian ennustuksia ja sitten lähteä etsimään kriittisten parametrien mittaamista.

kosminen inflaatio syntyi tuon toisen lähestymistavan seurauksena, ja se kirjaimellisesti muutti käsitystämme siitä, miten universumimme syntyi.

sen sijaan että inflaatio olisi ekstrapoloinut ”kuuman ja tiheän” takaisin äärettömän kuumaan, äärettömän tiheään singulariteettiin, se sanoo pohjimmiltaan: ”ehkä kuumaa alkuräjähdystä edelsi ajanjakso, jolloin äärimmäisen suuri energiatiheys oli läsnä itse avaruuden rakenteessa, mikä sai maailmankaikkeuden laajenemaan säälimättömällä (inflaatiovauhdilla) nopeudella, ja sitten kun inflaatio päättyi, tuo energia siirtyi Materiaan ja antimateriaan ja-säteilyyn, luoden sen, mitä näemme kuumana alkuräjähdyksenä: inflaation jälkimainingit.”

karmean yksityiskohtaisesti tämä ei ainoastaan luo kaikkeutta, jossa on sama lämpötila kaikkialla, avaruudellinen tasaisuus, eikä mitään jäänteitä hypoteettisesta suuresta yhtenäisestä aikakaudesta, vaan myös ennustaa tietyn tyypin ja spektrin siementen (tiheyden) vaihteluita, jotka sitten menimme ulos ja näimme. Tyhjästä avaruudesta itsestään — vaikka se onkin tyhjää avaruutta täynnä suuri määrä kenttäenergiaa-luonnollinen prosessi on luonut koko havaittavan maailmankaikkeuden, joka on rakenteeltaan rikas, sellaisena kuin me sen nykyään näemme.

se on iso ajatus saada maailmankaikkeus tyhjästä, mutta se ei tyydytä kaikkia.

suurelle osalle ihmisistä maailmankaikkeus, jossa avaruus ja aika ovat edelleen olemassa yhdessä fysiikan lakien, perusvakioiden ja jonkin Ei-nollakenttäenergian kanssa, joka luonnostaan kuuluu itse avaruuden rakenteeseen, on hyvin kaukana tyhjyyden ajatuksesta. Voimme kuvitella paikan avaruuden ulkopuolella; hetken ajan rajojen ulkopuolella; joukon olosuhteita, joilla ei ole fyysistä todellisuutta rajoittamassa niitä. Ja nuo kuvitelmat – jos määrittelemme nämä fyysiset realiteetit asioiksi, jotka meidän on poistettava saavuttaaksemme todellisen olemattomuuden — ovat varmasti päteviä, ainakin filosofisesti.

mutta se on ero filosofisen olemattomuuden ja fyysisemmän olemattomuuden määritelmän välillä. Kuten kirjoitin vuonna 2018, on neljä tieteellistä määritelmää ei mitään, ja ne ovat kaikki voimassa, riippuen asiayhteydestä:

1. aika, jolloin kiinnostavaa ”oliota” ei ollut olemassa,
2. tyhjä, fyysinen tila,
3. tyhjä aika alimmassa mahdollisessa energiatilassa ja
4. mitä tahansa jää jäljelle, kun ottaa pois koko maailmankaikkeuden ja sitä hallitsevat lait.

voimme varmasti sanoa, että saimme ”universumin tyhjästä”, jos käytämme kahta ensimmäistä määritelmää; emme voi, jos käytämme kolmatta; ja valitettavasti emme tiedä tarpeeksi sanoaksemme, mitä tapahtuu, jos käytämme neljättä. Ilman fysikaalista teoriaa kuvaamaan sitä, mitä tapahtuu maailmankaikkeuden ulkopuolella ja maailman fysikaalisten lakien ulkopuolella, todellisen olemattomuuden käsite on fyysisesti huonosti määritelty.

fysiikan kontekstissa on mahdotonta ymmärtää ajatusta absoluuttisesta olemattomuudesta. Mitä avaruuden ja ajan ulkopuolella oleminen merkitsee, ja miten avaruus ja aika voivat järkevästi, ennustettavasti nousta olemattomuudesta? Miten aika-avaruus voi syntyä tietyssä paikassa tai ajassa, kun ilman sitä ei ole määritelmää paikasta tai ajasta? Mistä kvanttia koskevat säännöt-niin kentät kuin hiukkasetkin — syntyvät?

tämä ajatussuunta jopa olettaa, että avaruus, aika ja fysiikan lait itsessään eivät olleet ikuisia, vaikka todellisuudessa ne saattavatkin olla. Kaikki teoreemojen tai todisteita päinvastaiseen luottaa oletuksia, joiden pätevyys ei ole vankasti vahvistettu olosuhteissa, jotka olisimme pyrkivät soveltamaan niitä. Jos hyväksytään fyysinen määritelmä ”ei mitään”, niin kyllä, maailmankaikkeus sellaisena kuin me sen tunnemme näyttää syntyneen tyhjästä. Mutta jos jättää fyysiset rajoitteet taakseen, – kaikki lopullinen kosminen alkuperämme katoaa.

valitettavasti meidän kaikkien kannalta inflaatio jo luonnostaan pyyhkii pois kaiken mahdollisen informaation, joka voisi olla painettuna olemassa olevasta tilasta havaittavassa Maailmankaikkeudessamme. Mielikuvituksemme rajattomuudesta huolimatta voimme tehdä vain johtopäätöksiä asioista, joille voimme rakentaa fyysisiä todellisuuksiamme koskevia testejä. Riippumatta siitä, kuinka loogisesti järkeviä mikä tahansa muu harkinta voi olla, mukaan lukien absoluuttisen olemattomuuden käsite, se on vain mielemme konstruktio.

lähetä Ask Ethan-kysymyksesi startwithabang gmail dot comiin!