cu cât suntem mai curioși cu privire la marile necunoscute cosmice, cu atât mai multe întrebări fără răspuns vor dezvălui investigațiile noastre despre Univers. Întrebându-vă despre natura oricărui lucru — de unde este, de unde a venit și cum a ajuns să fie — vă va conduce în mod inevitabil la aceleași mari mistere: despre natura și originea finală a Universului și a tot ceea ce este în el. Cu toate acestea, indiferent cât de departe ne întoarcem, aceleași întrebări persistente par să rămână întotdeauna: la un moment dat, entitățile care sunt „punctul nostru de plecare” nu existau neapărat, deci cum au ajuns să fie? În cele din urmă, ajungi la întrebarea finală: cum a apărut ceva din nimic? Așa cum mulți dintre cei care au pus întrebări recente, inclusiv Luke Martin, Buzz Morse, Russell Blalack, John Heiss și mulți alții au scris:

„bine, cu siguranță primiți această întrebare la nesfârșit, dar voi întreba totuși: cum a venit ceva (universul/big bang) din nimic?”

aceasta este poate una dintre cele mai mari întrebări dintre toate, pentru că în principiu se întreabă nu numai de unde a venit totul, ci cum a apărut totul în primul rând. Iată cât de departe ne-a ajuns știința, cel puțin până acum.

astăzi, când ne uităm la Univers, suita completă de observații pe care le-am colectat, chiar și cu incertitudinile cunoscute luate în considerare, toate indică o imagine remarcabil de consistentă. Universul nostru este format din materie (mai degrabă decât antimaterie), se supune acelorași legi ale fizicii peste tot și în orice moment și a început — cel puțin, așa cum o știm — cu un Big Bang fierbinte acum aproximativ 13,8 miliarde de ani. Este guvernată de relativitatea generală, se extinde, se răcește și gravitează și este dominată de energia întunecată (68%) și materia întunecată (27%), restul fiind format din materie normală, neutrini și radiații.

astăzi, desigur, este plin de galaxii, stele, planete, elemente grele și în cel puțin o locație, viață inteligentă și avansată tehnologic. Aceste structuri nu au fost întotdeauna acolo, ci mai degrabă au apărut ca urmare a evoluției cosmice. Într-un salt științific remarcabil, oamenii de știință din secolul 20 au reușit să reconstruiască cronologia modului în care universul nostru a trecut de la un univers în mare parte uniform, lipsit de structură complexă și format exclusiv din hidrogen și heliu, la universul bogat în structură pe care îl observăm astăzi.

dacă începem de astăzi, putem face un pas înapoi în timp și să ne întrebăm de unde provine orice structură individuală sau componentă a acelei structuri. Pentru fiecare răspuns pe care îl primim, putem întreba: „ok, dar de unde a venit asta și cum a apărut asta”, întorcându-ne până când suntem forțați să răspundem: „nu știm, cel puțin nu încă.”Apoi, în cele din urmă, putem contempla ceea ce avem și să întrebăm: „cum a apărut acest lucru și există o cale prin care ar fi putut să apară din nimic?”

deci, să începem.

viața pe care o avem astăzi provine din molecule complexe, care trebuie să fi apărut din atomii tabelului periodic: ingredientele brute care alcătuiesc toată materia normală pe care o avem astăzi în univers. Universul nu s-a născut cu acești atomi; în schimb, au necesitat mai multe generații de stele care trăiesc și mor, cu produsele reacțiilor lor nucleare reciclate în generațiile viitoare de stele. Fără aceasta, planetele și chimia complexă ar fi o imposibilitate.

pentru a forma stele și galaxii moderne, avem nevoie de:

• gravitație pentru a trage galaxii mici și grupuri de stele una în cealaltă, creând galaxii mari și declanșând noi valuri de formare a stelelor,
• care necesită colecții preexistente de masă, create din creșterea gravitațională,
• care necesită halouri de materie întunecată pentru a se forma mai devreme, împiedicând episoadele de formare a stelelor să expulzeze Materia înapoi în mediul intergalactic,
• care necesită echilibrul corect materie, materie întunecată și radiații pentru a da naștere fundalului cosmic cu microunde, elementelor luminoase formate în Big Bang-ul fierbinte și abundențele / tiparele pe care le vedem în ele,
• care au necesitat fluctuații inițiale ale semințelor — imperfecțiuni de densitate — pentru a crește gravitațional în aceste structuri,
• care necesită un mod de a crea aceste imperfecțiuni, împreună cu un mod de a crea materia întunecată și de a crea cantitățile inițiale de materie normală.

acestea sunt trei ingrediente cheie care sunt necesare, în primele etape ale Big Bang-ului fierbinte, pentru a da naștere universului așa cum îl observăm astăzi. Presupunând că avem nevoie, de asemenea, legile fizicii și spațiu — timpul însuși să existe — împreună cu materia/energia în sine-probabil că dorim să le includem ca ingrediente necesare care trebuie să apară cumva.

deci, pe scurt, când ne întrebăm dacă putem obține un univers din nimic sau nu, acestea sunt entitățile noi, până acum inexplicabile, pe care trebuie să le ridicăm cumva.

pentru a obține mai multă materie decât antimaterie, trebuie să extrapolăm înapoi în universul foarte timpuriu, într-un moment în care fizica noastră este foarte incertă. Legile fizicii așa cum le cunoaștem sunt într-un anumit sens simetrice între materie și antimaterie: fiecare reacție pe care am creat-o sau am observat-o poate crea sau distruge Materia și antimateria în cantități egale. Dar universul pe care l-am avut, în ciuda faptului că a început într-o stare incredibil de fierbinte și densă, în care materia și antimateria ar putea fi create în cantități abundente și abundente, trebuie să fi avut o modalitate de a crea o asimetrie materie/antimaterie acolo unde nu a existat inițial.

există multe modalități de a realiza acest lucru. Deși nu știm ce scenariu a avut loc de fapt în universul nostru tânăr, toate modalitățile de a face acest lucru implică următoarele trei elemente:

1. un set de condiții în afara echilibrului, care apar în mod natural într-un univers în expansiune și răcire,
2. o modalitate de a genera interacțiuni care încalcă numărul de barioni, pe care Modelul Standard le permite prin interacțiuni sphaleron (și scenariile dincolo de modelul Standard permit în moduri suplimentare),
3. și o modalitate de a genera suficientă încălcare a C și CP pentru a crea o asimetrie materie/antimaterie în cantități suficient de mari.

modelul Standard are toate aceste ingrediente, dar nu suficient. Dacă considerați un univers simetric materie / antimaterie ca „un univers fără nimic”, atunci este aproape garantat că Universul a generat ceva din nimic, chiar dacă nu suntem destul de siguri exact cum s-a întâmplat.

în mod similar, există o mulțime de modalități viabile de a genera materie întunecată. Știm – din teste și căutări extinse-că orice materie întunecată este, nu poate fi compusă din particule care sunt prezente în modelul Standard. Oricare ar fi adevărata sa natură, ea necesită o nouă fizică dincolo de ceea ce este cunoscut în prezent. Dar există multe moduri în care ar fi putut fi creat, inclusiv:

• de a fi creat termic în universul fierbinte, timpuriu și apoi de a nu anihila complet, rămânând stabil după aceea (ca cea mai ușoară supersimetrică sau particula Kaluza-Klein),
• sau dintr-o tranziție de fază care a avut loc spontan pe măsură ce Universul s-a extins și s-a răcit, smulgând particule masive din vidul cuantic (de exemplu, Axionul),
• ca o nouă, care în sine se poate amesteca fie cu neutrinii cunoscuți (adică., un neutrino steril), sau ca un neutrino dreptaci greu care există în plus față de neutrinii convenționali,
• sau ca un fenomen pur gravitațional care dă naștere unei particule ultramasive (de exemplu, o WIMPzilla).

de ce există materie întunecată, astăzi, când restul Universului pare să funcționeze foarte bine la început fără ea? Trebuie să fi existat o modalitate de a genera acest „lucru” în cazul în care nu a existat un astfel de lucru în prealabil, dar toate aceste scenarii necesită energie. Deci, atunci, de unde a venit toată acea energie?

poate că, potrivit inflației cosmice — teoria noastră principală a originilor universului înainte de Big Bang-chiar a venit din nimic. Acest lucru necesită un pic de o explicație, și este ceea ce se înțelege cel mai frecvent prin „un univers din nimic.”(Inclusiv, apropo, așa cum a fost folosit în titlul cărții cu același nume.)

când vă imaginați primele etape ale Big Bang-ului fierbinte, trebuie să vă gândiți la ceva incredibil de fierbinte, dens, de mare energie și aproape perfect uniform. Când întrebăm „cum a apărut acest lucru”, avem de obicei două opțiuni.

1. putem merge pe ruta Lady Gaga, și doar susțin că trebuie să fi fost „născut în acest fel.”Universul s-a născut cu aceste proprietăți, pe care le numim condiții inițiale, și nu există nicio explicație suplimentară. Ca fizician teoretic, numim această abordare ” renunțarea.”
2. sau putem face ceea ce fizicienii teoretici fac cel mai bine: încercați să creați un mecanism teoretic care ar putea explica condițiile inițiale, tachinând predicțiile concrete care diferă de standard, predicțiile teoriei predominante și apoi ieșiți căutând să măsurați parametrii critici.

inflația cosmică a apărut ca urmare a adoptării acestei a doua abordări și a schimbat literalmente concepția noastră despre cum a ajuns universul nostru să fie.

în loc să extrapoleze „fierbinte și dens” înapoi la o singularitate infinit de fierbinte, infinit de densă, inflația spune practic: „poate că Big Bang-ul fierbinte a fost precedat de o perioadă în care o densitate energetică extrem de mare a fost prezentă în țesătura spațiului însuși, determinând universul să se extindă într-un ritm neobosit (inflaționist), iar apoi când inflația s-a încheiat, acea energie a fost transferată în materie și antimaterie și radiații, creând ceea ce vedem ca Big Bang-ul fierbinte: urmările inflației.”

în detaliu sângeros, acest lucru nu numai că creează un univers cu aceeași temperatură peste tot, planeitate spațială și fără resturi de relicve dintr-o epocă ipotetică mare unificată, dar prezice, de asemenea, un anumit tip și spectru de fluctuații ale semințelor (densității), pe care apoi am ieșit și am văzut-o. Din spațiul gol în sine — deși este spațiu gol umplut cu o cantitate mare de energie de câmp — un proces natural a creat întregul univers observabil, bogat în structură, așa cum îl vedem astăzi.

aceasta este marea idee de a obține un univers din nimic, dar nu este satisfăcător pentru toată lumea.

pentru o mare parte din oameni, un univers în care spațiul și timpul încă mai există, împreună cu legile fizicii, constantele fundamentale și o anumită energie de câmp diferită de zero inerentă țesăturii spațiului în sine, este foarte mult divorțat de ideea de neant. Ne putem imagina, la urma urmei, o locație în afara spațiului; un moment dincolo de limitele timpului; un set de condiții care nu au realitate fizică care să le constrângă. Iar acele imaginații – dacă definim aceste realități fizice ca lucruri pe care trebuie să le eliminăm pentru a obține nimicul adevărat — sunt cu siguranță valabile, cel puțin filozofic.

dar aceasta este diferența dintre neantul filosofic și o definiție mai fizică a neantului. Așa cum am scris în 2018, Există patru definiții științifice despre nimic și toate sunt valabile, în funcție de contextul tău:

1. un moment în care „lucrul” vostru de interes nu exista,
2. spațiu fizic gol,
3. spațiu-timp gol în starea de cea mai mică energie posibilă și
4. orice ați mai rămas atunci când luați întregul univers și legile care îl guvernează.

putem spune cu siguranță că am obținut „un univers din nimic” dacă folosim primele două definiții; nu putem dacă o folosim pe a treia; și, din păcate, nu știm suficient pentru a spune ce se întâmplă dacă o folosim pe a patra. Fără o teorie fizică care să descrie ceea ce se întâmplă în afara universului și dincolo de legile fizice ale tărâmului, conceptul de neant adevărat este fizic prost definit.

în contextul fizicii, este imposibil să înțelegem o idee de neant absolut. Ce înseamnă să fii în afara spațiului și timpului și cum poate spațiul și timpul să iasă în mod sensibil, previzibil dintr-o stare de inexistență? Cum poate apărea spațiu-timpul într-o anumită locație sau timp, când nu există o definiție a locației sau a timpului fără ea? De unde provin regulile care guvernează cuantele — atât câmpurile, cât și particulele—?

această linie de gândire presupune chiar că spațiul, timpul și legile fizicii în sine nu erau eterne, când de fapt ar putea fi. Orice teoreme sau dovezi contrare se bazează pe ipoteze a căror valabilitate nu este stabilită în mod solid în condițiile pe care le-am căuta să le aplicăm. Dacă acceptați o definiție fizică a „nimicului”, atunci da, universul așa cum îl știm foarte mult pare să fi apărut din nimic. Dar dacă lăsați constrângerile fizice în urmă, atunci totul cu siguranță despre originile noastre cosmice finale dispare.

din păcate pentru noi toți, inflația, prin însăși natura sa, șterge orice informație care ar putea fi imprimată dintr-o stare preexistentă din universul nostru observabil. În ciuda naturii nelimitate a imaginației noastre, putem trage doar concluzii cu privire la chestiuni pentru care pot fi construite teste care implică realitatea noastră fizică. Oricât de logic ar suna orice altă considerație, inclusiv o noțiune de neant absolut, este doar o construcție a minții noastre.

trimite în dumneavoastră pune întrebări Ethan la startswithabang la gmail dot com!