Hvad skete der før Big Bang? Det konventionelle svar på dette spørgsmål er normalt, ”Der er ikke noget som” før Big Bang. ”” Det er begivenheden, der startede det hele. Men det rigtige svar, siger fysiker Sean Carroll, er: "Vi ved bare ikke." Carroll, såvel som mange andre fysikere og kosmologer er begyndt at overveje muligheden for tid før Big Bang, samt alternative teorier om, hvordan vores univers blev til. Carroll drøftede denne type "spekulativ forskning" under et foredrag på American Astronomical Society Meeting i sidste uge i St. Louis, Missouri.
”Dette er et interessant tidspunkt at være kosmolog,” sagde Carroll. ”Vi er begge velsignede og forbandede. Det er en gylden tidsalder, men problemet er, at den model, vi har af universet, giver ingen mening. ”
For det første er der et inventarproblem, hvor 95% af universet ikke er medregnet. Kosmologer har tilsyneladende løst dette problem ved at sammenkæde mørkt stof og mørk energi. Men fordi vi har "skabt" stof, der passer til dataene, betyder det ikke, at vi forstår universets natur.
En anden stor overraskelse om vores univers kommer fra faktiske data fra WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) rumfartøj, der har undersøgt den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB), ”ekkoet” fra Big Bang.
”WMAP-snapshot af, hvordan det tidlige univers så ud, viser, at det er varmt, tæt og glat [lav entropi] over et bredt område af rummet,” sagde Carroll. ”Vi forstår ikke, hvorfor det er tilfældet. Det er en endnu større overraskelse end lagerproblemet. Vores univers ser bare ikke naturligt ud. ” Carroll sagde, at tilstande med lav entropi er sjældne, plus alle mulige indledende betingelser, der kunne have udviklet sig til et univers som vores, det overvældende flertal har meget højere entropi, ikke lavere.
Men det mest overraskende fænomen omkring universet, sagde Carroll, er, at ting ændrer sig. Og det hele sker i en ensartet retning fra fortid til fremtid, i hele universet.
"Det kaldes tidens pil," sagde Carroll. Tidspilen kommer fra termodynamikens anden lov, der påberåber sig entropi. Loven siger, at lukkede systemer uvægerligt bevæger sig fra orden til forstyrrelse over tid. Denne lov er grundlæggende for fysik og astronomi.
Et af de store spørgsmål om universets oprindelige betingelser er hvorfor begyndte entropi så lavt? ”Og lav entropi nær Big Bang er ansvarlig for alt omkring tidens pil” sagde Carroll. ”Liv og død, hukommelse, strømmen af tid.” Begivenheder sker i rækkefølge og kan ikke vendes.
”Hver gang du bryder et æg eller spilder et glas vand, laver du observations-kosmologi,” sagde Carroll.
Derfor skal vi muligvis overveje, hvad der skete før Big Bang, for at besvare vores spørgsmål om universet og tidens pil.
Carroll insisterede på, at dette er vigtige spørgsmål at tænke på. ”Dette er ikke kun rekreationsteologi,” sagde han. ”Vi vil have en historie om universet, der giver mening. Når vi har ting, der synes overraskende, ser vi efter en underliggende mekanisme, der gør det, der var et puslespil, forståeligt. Universet med lav entropi er en anelse om noget, og vi bør arbejde for at finde det. ”
Lige nu har vi ikke en god model af universet, og aktuelle teorier besvarer ikke spørgsmålene. Klassisk generel relativitet forudsiger, at universet begyndte med en singularitet, men det kan ikke bevise noget før efter Big Bang.
Inflationsteori, der foreslår en periode med ekstremt hurtig (eksponentiel) udvidelse af universet i dets første par øjeblikke, er ingen hjælp, sagde Carroll. ”Det gør bare entropiproblemet værre. Inflation kræver en teori om de første betingelser. ”
Der er også andre modeller derude, men Carroll foreslog og syntes at favorisere ideen om flere universer, der fortsat skaber "baby" universer. ”Vores observerbare univers er måske ikke hele historien,” sagde han. "Hvis vi er en del af en større multivers, er der ingen maksimal entropi-ligevægtstilstand, og entropi produceres via oprettelse af universer som vores egen."
Carroll drøftede også ny forskning, som han og et team af fysikere har foretaget, og igen set på resultater fra WMAP. Carroll og hans team siger, at dataene viser, at universet er "skævt."
Målinger fra WMAP viser, at udsvingene i mikrobølgebaggrunden er ca. 10% stærkere på den ene side af himlen end på den anden.
En forklaring på dette ”tunge-på-en-side-univers” ville være, hvis disse udsving repræsenterede en struktur, der er tilbage fra universet, der producerede vores univers.
Carroll sagde, at alt dette ville blive hjulpet af en bedre forståelse af kvantetyngdekraften. ”Kvantumsvingninger kan producere nye universer. Hvis termisk svingning i et stille rum kan føre til babyunivers, ville de have deres egen entropi og kunne fortsætte med at skabe universer. ”
Indrømmet - og Carroll understregede dette punkt - enhver forskning på disse emner betragtes generelt som spekulation på dette tidspunkt. ”Intet af dette er godt etablerede ting,” sagde han. ”Jeg vil endda satse penge på, at dette er forkert. Men forhåbentlig vil jeg være i stand til at vende tilbage om 10 år og fortælle dig, at vi har fundet det ud. ”
Selvfølgelig, som forfatter, gør det bestemt ikke retfærdigt at prøve at indkapslede Carrols tale og ideer i en kort artikel. Tjek Carroll's tag på disse forestillinger og mere på hans blog, Cosmic Variance. Læs også et godt resume af Carrolls tale, skrevet af Chris Lintott til BBC. Jeg har fundet over Carrolls tale i mere end en uge nu og overvejet tidens begyndelse - og endda at der måske er tid før tiden - har givet en interessant og fængslende uge. Hvorvidt den tid har ført mig fremad eller bagud i min forståelse gjenstår at se!
