Forskere har udviklet en model for et krympende univers, der eksisterede før Big Bang. Klik for at forstørre
Big Bang beskriver hvordan universet begyndte som et enkelt punkt for 13,7 milliarder år siden og har udvidet sig siden, men det forklarer ikke, hvad der skete før det. Forskere fra Penn State University mener, at der burde være spor af bevis i vores nuværende univers, der kunne bruges til at se tilbage før Big Bang. I henhold til deres forskning var der et kontraherende univers med lignende rumtidsgeometri som vores ekspanderende univers. Universet kollapset og "hoppede" som Big Bang.
I henhold til Einsteins generelle relativitetsteori repræsenterer Big Bang Begyndelsen, den storslåede begivenhed, hvor ikke kun materien, men rumtiden selv blev født. Mens klassiske teorier ikke giver nogen ledetråd om eksistensen inden det øjeblik, har et forskerteam i Penn State brugt kvantegravitationsberegninger til at finde tråde, der fører til en tidligere tid. ”Generel relativitet kan bruges til at beskrive universet tilbage til et punkt, hvor stof bliver så tæt, at dets ligninger ikke holder op,” siger Abhay Ashtekar, indehaver af Eberly-familiestolen i fysik og direktør for Institut for Gravitationsfysik og geometri i Penn State. ”Ud over dette punkt havde vi brug for at anvende kvanteværktøjer, der ikke var tilgængelige for Einstein.” Ved at kombinere kvantefysik med generel relativitet kunne Ashtekar og to af hans postdoktorale forskere, Tomasz Pawlowski og Parmpreet Singh, udvikle en model, der spores gennem Big Bang til et krympende univers, der udviser fysik, der ligner vores.
I forskning rapporteret i den aktuelle udgave af Physical Review Letters viser teamet, at der før Big Bang var et kontraherende univers med rumtidsgeometri, der ellers svarer til det i vores nuværende ekspanderende univers. Idet gravitationskræfter trak dette tidligere univers indad, nåede det et punkt, hvor rumtidens kvanteegenskaber får tyngdekraften til at blive frastødende snarere end attraktive. ”Ved hjælp af kvanteændringer af Einsteins kosmologiske ligninger har vi vist, at i stedet for en klassisk Big Bang der faktisk er et kvantehopp,” siger Ashtekar. ”Vi var så overrasket over fundet, at der er et andet klassisk, før Big Bang-univers, at vi gentog simuleringerne med forskellige parameterværdier over flere måneder, men vi fandt, at Big Bounce-scenariet er robust.”
Mens den generelle idé om et andet univers, der eksisterede før Big Bang, er blevet foreslået før, er dette den første matematiske beskrivelse, der systematisk fastlægger dens eksistens og trækker egenskaber ved rum-tidsgeometri i dette univers.
Forskningsteamet brugte loop kvantetyngdekraft, en førende tilgang til problemet med foreningen af generel relativitet med kvantefysik, som også var banebrydende ved Penn State Institute of Gravitational Physics and Geometry. I denne teori har rum-tidsgeometri i sig selv en diskret 'atomisk' struktur, og det velkendte kontinuum er kun en tilnærmelse. Rummet er vævet bogstaveligt talt af en-dimensionelle kvantetråde. I nærheden af Big-Bang er dette stof voldeligt revet, og geometriens kvante natur bliver vigtig. Det gør tyngdekraften stærkt frastødende og giver anledning til Big Bounce.
”Vores første arbejde antager en homogen model af vores univers,” siger Ashtekar. ”Det har dog givet os tillid til de underliggende ideer om loopkvantityvhed. Vi vil fortsætte med at forfine modellen for bedre at skildre universet, som vi kender den, og for bedre at forstå funktionerne i kvantetyngdekraften. ”
Forskningen blev sponsoreret af National Science Foundation, Alexander von Humboldt Foundation og Penn State Eberly College of Science.
Original kilde: PSU News Release
