im bardziej jesteśmy ciekawi wielkich kosmicznych niewiadomych, tym więcej pytań bez odpowiedzi odkryje nasze badanie wszechświata. Pytanie o naturę czegokolwiek — gdzie jest, skąd pochodzi i jak powstało-nieuchronnie doprowadzi Cię do tych samych wielkich tajemnic: o ostatecznej naturze i pochodzeniu wszechświata i wszystkiego, co się w nim znajduje. Jednak bez względu na to, jak daleko się cofniemy, te same utrzymujące się pytania zawsze wydają się pozostać: w pewnym momencie jednostki, które są naszym” punktem wyjścia”, niekoniecznie istniały, więc jak powstały? W końcu kończysz na ostatecznym pytaniu: jak coś powstało z niczego? Jak wielu ostatnich pytających, w tym Luke Martin, Buzz Morse, Russell Blalack, John Heiss i wielu innych napisało:

” OK, na pewno otrzymujesz to pytanie bez końca, ale mimo to zapytam: jak coś (wszechświat/wielki wybuch) powstało z niczego?”

jest to chyba jedno z największych pytań ze wszystkich, ponieważ w zasadzie pyta nie tylko skąd wszystko się wzięło, ale w jaki sposób to wszystko powstało w pierwszej kolejności. Przynajmniej do tej pory nauka nas nie zawiodła.

dzisiaj, kiedy patrzymy na wszechświat, cały zestaw obserwacji, które zebraliśmy, nawet przy uwzględnieniu znanych niepewności, wszystko wskazuje na niezwykle spójny obraz. Nasz wszechświat składa się z materii (a nie antymaterii), wszędzie i przez cały czas przestrzega tych samych praw fizyki i rozpoczął się — przynajmniej, jak wiemy — gorącym Wielkim Wybuchem około 13,8 miliarda lat temu. Podlega ogólnej teorii względności, rozszerza się, ochładza i grawituje, jest zdominowana przez ciemną energię (68%) i ciemną materię (27%), a normalna Materia, neutrina i promieniowanie tworzą resztę.

dziś oczywiście jest pełen galaktyk, gwiazd, planet, ciężkich pierwiastków, a w przynajmniej jednym miejscu inteligentnego i zaawansowanego technologicznie życia. Struktury te nie zawsze istniały, ale powstały w wyniku ewolucji kosmicznej. W niezwykłym skoku naukowym, XX-wieczni naukowcy byli w stanie zrekonstruować linię czasu, w jaki sposób nasz Wszechświat przeszedł z w większości jednolitego wszechświata, pozbawionego złożonej struktury i składającego się wyłącznie z wodoru i helu, do wszechświata bogatego w strukturę, który obserwujemy dzisiaj.

jeśli zaczniemy od dzisiaj, możemy cofnąć się w czasie i zapytać, skąd pochodzi jakaś pojedyncza struktura lub składnik tej struktury. Dla każdej otrzymanej odpowiedzi możemy wtedy zapytać: „ok, ale skąd to się wzięło i jak to się stało”, wracając, dopóki nie będziemy zmuszeni odpowiedzieć: „nie wiemy, przynajmniej jeszcze nie.”Wtedy, w końcu, możemy kontemplować to, co mamy, i zapytać:” Jak to się stało i czy istnieje sposób, że mogło powstać z niczego?”

więc zaczynajmy.

dzisiejsze życie pochodzi ze złożonych cząsteczek, które musiały powstać z atomów układu okresowego: surowców, które tworzą całą normalną materię, jaką mamy dzisiaj we wszechświecie. Wszechświat nie narodził się z tych atomów; zamiast tego wymagały one wielu pokoleń gwiazd żyjących i umierających, a produkty ich reakcji jądrowych zostały przetworzone w przyszłe pokolenia gwiazd. Bez tego planety i złożona Chemia byłyby niemożliwe.

aby uformować współczesne gwiazdy i galaktyki, potrzebujemy:

• grawitacja, aby przyciągnąć małe galaktyki i gromady gwiazd do siebie, tworząc duże galaktyki i wyzwalając nowe fale formowania się gwiazd,
• , które wymagały wcześniej istniejących zbiorów masy, utworzonych w wyniku wzrostu grawitacyjnego,
• , które wymagają wczesnego tworzenia się ciemnej materii, zapobiegając wyrzuceniu tej materii z powrotem do ośrodka międzygalaktycznego,
• , które wymagają właściwej równowagi między normalna Materia, ciemna materia i promieniowanie powodujące powstanie kosmicznego mikrofalowego tła, elementy świetlne uformowane w gorącym Wielkim Wybuchu i te obfitości / wzory, które w nich widzimy,
• które wymagały początkowych fluktuacji nasion — niedoskonałości gęstości — aby grawitacyjnie rosły w te struktury,
• które wymagają pewnego sposobu tworzenia tych niedoskonałości, wraz z pewnym sposobem tworzenia ciemnej materii i tworzenia początkowych ilości normalnej materii.

są to trzy kluczowe składniki, które są potrzebne we wczesnych stadiach gorącego Wielkiego Wybuchu, aby dać początek Wszechświatowi, który obserwujemy dzisiaj. Zakładając, że wymagamy również istnienia praw fizyki i samej czasoprzestrzeni — wraz z samą materią/energią — prawdopodobnie chcemy włączyć je jako niezbędne składniki, które w jakiś sposób muszą powstać.

krótko mówiąc, kiedy pytamy, Czy możemy uzyskać wszechświat z niczego, czy nie, są to nowe, dotąd niewyjaśnione byty, które musimy jakoś powstać.

aby uzyskać więcej materii niż antymaterii, musimy przeprowadzić ekstrapolację z powrotem do bardzo wczesnego wszechświata, do czasów, gdy nasza fizyka jest bardzo niepewna. Prawa fizyki, jakie znamy, są w pewnym sensie symetryczne między materią a antymaterią: każda reakcja, jaką kiedykolwiek stworzyliśmy lub zaobserwowaliśmy, może jedynie wytworzyć lub zniszczyć materię i antymaterię w równych ilościach. Ale wszechświat, który mieliśmy, pomimo tego, że zaczynał się w niewiarygodnie gorącym i gęstym stanie, w którym Materia i antymateria mogły być tworzone w obfitych, obfitych ilościach, musiał mieć jakiś sposób na stworzenie asymetrii Materia / antymateria, w której początkowo żadna nie istniała.

jest wiele sposobów, aby to osiągnąć. Chociaż nie wiemy, który scenariusz rzeczywiście miał miejsce w naszym młodym wszechświecie, wszystkie sposoby robienia tego obejmują następujące trzy elementy:

1. zestaw warunków poza równowagą, które naturalnie powstają w rozszerzającym się, chłodzącym wszechświecie,
2. sposób na generowanie oddziaływań naruszających liczbę barionów, na które Model Standardowy pozwala poprzez interakcje sfaleronowe (i poza standardowym modelem scenariusze pozwalają na dodatkowe sposoby),
3. i sposób na generowanie wystarczającej liczby naruszeń C i CP, aby stworzyć asymetrię materii/antymaterii w wystarczająco dużych ilościach.

standardowy Model ma wszystkie te składniki, ale za mało. Jeśli rozważasz symetryczny Wszechświat materii/antymaterii jako „wszechświat z niczym”, to jest prawie pewne, że Wszechświat wygenerował coś z niczego, chociaż nie jesteśmy do końca pewni, jak to się stało.

podobnie, istnieje wiele realnych sposobów generowania ciemnej materii. Wiemy-z rozległych badań i poszukiwań – że czymkolwiek jest ciemna materia, nie może ona składać się z żadnych cząstek obecnych w modelu standardowym. Niezależnie od tego, jaka jest jego prawdziwa natura, wymaga nowej fizyki, wykraczającej poza to, co jest obecnie znane. Ale istnieje wiele sposobów, które mogłyby zostać stworzone, w tym:

• z termicznego stworzenia w gorącym, wczesnym Wszechświecie, a następnie braku całkowitej anihilacji, pozostając stabilnym później (jak najlżejsza supersymetryczna cząstka Kaluzy-Kleina),
• lub z przejścia fazowego, które spontanicznie nastąpiło w miarę rozszerzania się i chłodzenia wszechświata, wyrywania masywnych cząstek z próżni kwantowej (np. aksjonu),
• jako nowej formy neutrina, które samo w sobie może mieszać się ze znanymi neutrinami (tj., sterylne neutrino), lub jako ciężkie praworęczne neutrino, które istnieje oprócz konwencjonalnych neutrin,
• lub jako zjawisko czysto grawitacyjne, które powoduje powstanie ultramasywnej cząstki (np. WIMPzilla).

dlaczego dzisiaj istnieje ciemna materia, kiedy reszta wszechświata wydaje się działać dobrze na początku bez niej? Musiał być jakiś sposób, aby wytworzyć to „coś”, gdzie wcześniej tego nie było, ale wszystkie te scenariusze wymagają energii. Więc skąd wzięła się ta cała energia?

być może, zgodnie z kosmiczną inflacją — naszą wiodącą teorią o początkach wszechświata przed Wielkim Wybuchem-naprawdę wzięła się ona z niczego. Wymaga to trochę wyjaśnienia i jest to najczęściej rozumiane jako ” wszechświat z niczego.”(W tym, nawiasem mówiąc, Jak to zostało użyte w tytule książki o tej samej nazwie.)

kiedy wyobrażasz sobie najwcześniejsze etapy gorącego Wielkiego Wybuchu, musisz pomyśleć o czymś niesamowicie gorącym, gęstym, wysokoenergetycznym i prawie idealnie jednolitym. Kiedy pytamy: „jak to się stało”, zwykle mamy dwie opcje.

1. albo możemy zrobić to, co fizycy teoretyczni robią najlepiej: spróbować wymyślić teoretyczny mechanizm, który mógłby wyjaśnić warunki początkowe, dokuczać konkretnym przewidywaniom, które różnią się od standardowych, dominujących przewidywań teorii, a następnie wyruszyć w poszukiwaniu pomiaru parametrów krytycznych.

kosmiczna inflacja powstała w wyniku tego drugiego podejścia i dosłownie zmieniła nasze wyobrażenie o tym, jak powstał nasz Wszechświat.

zamiast ekstrapolować „gorący i gęsty” z powrotem do nieskończenie gorącej, nieskończenie gęstej osobliwości, inflacja zasadniczo mówi: „być może gorący wielki wybuch był poprzedzony okresem, w którym niezwykle duża gęstość energii była obecna w strukturze samej przestrzeni, powodując, że Wszechświat rozszerzał się w nieustającym (inflacyjnym) tempie, a kiedy inflacja się skończyła, ta energia została przeniesiona na materię, antymaterię i promieniowanie, tworząc to, co widzimy jako gorący Wielki Wybuch: następstwo inflacji.”

w krwawych szczegółach, to nie tylko tworzy wszechświat z tą samą temperaturą wszędzie, przestrzenną płaskością i bez pozostałości po hipotetycznej Wielkiej zunifikowanej epoce, ale także przewiduje szczególny rodzaj i spektrum wahań ziaren (gęstości), które następnie wyszliśmy i zobaczyliśmy. Z samej pustej przestrzeni-chociaż jest to pusta przestrzeń wypełniona dużą ilością energii pola-naturalny proces stworzył cały obserwowalny Wszechświat, bogaty w strukturę, jaką widzimy dzisiaj.

to jest wielki pomysł, aby uzyskać wszechświat z niczego, ale to nie jest satysfakcjonujące dla wszystkich.

dla dużej części ludzi, wszechświat, w którym przestrzeń i czas nadal istnieją, wraz z prawami fizyki, podstawowymi stałymi i pewną niezerową energią pola właściwą tkance samej przestrzeni, jest bardzo oderwany od idei nicości. Możemy sobie przecież wyobrazić miejsce poza przestrzenią; moment poza granicami czasu; zbiór warunków, które nie mają fizycznej rzeczywistości, aby je ograniczyć. I te wyobrażenia – jeśli zdefiniujemy te fizyczne rzeczywistości jako rzeczy, które musimy wyeliminować, aby uzyskać prawdziwą nicość — są z pewnością ważne, przynajmniej filozoficznie.

ale to jest różnica między filozoficzną nicością a bardziej fizyczną definicją nicości. Jak pisałem w 2018, istnieją cztery naukowe definicje niczego i wszystkie są ważne, w zależności od kontekstu:

1. czas, kiedy twoja „rzecz” interesująca nie istniała,
2. pusta, fizyczna przestrzeń,
3. pusta czasoprzestrzeń w stanie o najniższej możliwej energii i
4. cokolwiek ci zostanie, gdy zabierzesz cały wszechświat i prawa nim rządzące.

zdecydowanie możemy powiedzieć, że otrzymaliśmy „wszechświat z niczego”, jeśli użyjemy dwóch pierwszych definicji; nie możemy, jeśli użyjemy trzeciej; i niestety, nie wiemy wystarczająco dużo, aby powiedzieć, co się stanie, jeśli użyjemy czwartej. Bez fizycznej teorii opisującej to, co dzieje się poza wszechświatem i poza domeną praw fizycznych, pojęcie prawdziwej nicości jest fizycznie źle zdefiniowane.

w kontekście fizyki nie da się zrozumieć idei absolutnej nicości. Co to znaczy być poza przestrzenią i czasem i jak przestrzeń i czas mogą w sposób rozsądny, przewidywalny wyjść ze stanu nieistnienia? Jak czasoprzestrzeń może pojawić się w określonym miejscu lub czasie, kiedy nie ma definicji miejsca lub czasu bez niego? Skąd biorą się zasady rządzące kwantami-zarówno polami, jak i cząstkami?

ta linia myślenia zakłada nawet, że przestrzeń, czas i prawa fizyki same w sobie nie były wieczne, podczas gdy w rzeczywistości mogą być. Wszelkie twierdzenia lub dowody przeciwne opierają się na założeniach, których ważność nie jest solidnie ustalona w warunkach, które staramy się zastosować. Jeśli przyjmiecie fizyczną definicję „niczego”, to tak, Wszechświat, jaki znamy, wydaje się powstać z niczego. Ale jeśli zostawicie za sobą fizyczne ograniczenia, to z pewnością wszystko o naszym ostatecznym kosmicznym pochodzeniu znika.

niestety dla nas wszystkich, inflacja, ze swej natury, usuwa wszelkie informacje, które mogą być odciśnięte z wcześniej istniejącego stanu na naszym obserwowalnym wszechświecie. Pomimo nieograniczonej natury naszej wyobraźni, możemy jedynie wyciągać wnioski na temat spraw, dla których można konstruować testy dotyczące naszej fizycznej rzeczywistości. Bez względu na to, jak logicznie brzmią jakiekolwiek inne rozważania, w tym pojęcie absolutnej nicości, jest to tylko konstrukt naszego umysłu.

Wyślij swoje pytania do startswithabang na gmail dot com!