Co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Co spowodowało powstanie wszechświata? Naukowcy twierdzą, że przyczyna musi być szczególna. Ale jeśli początek wszystkiego przypiszemy Wielkiemu Wybuchowi, pojawia się pytanie: co wydarzyło się wcześniej? Autor przedstawia fascynujące rozumowanie na temat początku czasu.

Zapytanie nauki, co było przed czasem, jest jak pytanie „Kim byłeś, zanim się urodziłeś?”

„Nauka pozwala nam określić, co wydarzyło się w ciągu jednej bilionowej sekundy po Wielkim Wybuchu.

„Ale prawie nigdy nie dowiemy się, co spowodowało Wielki Wybuch.

„To rozczarowujące, ale niektóre rzeczy są zupełnie nieznane. I to jest dobre.

Bądźmy szczerzy: dość dziwne jest myślenie, że historia Wszechświata zaczęła się od urodzin 13,8 miliarda lat temu. Jest to zgodne z wieloma zasadami religijnymi, według których kosmos został stworzony przez interwencję z góry, choć nauka nic o tym nie mówi.

Co wydarzyło się przed początkiem czasu?

Jeśli wszystko, co się wydarzyło, ma związek przyczynowy, to co spowodowało pojawienie się wszechświata? Aby odpowiedzieć na bardzo trudne pytanie o Pierwszą Przyczynę, mity religijne o stworzeniu świata wykorzystują to, co antropolodzy kultury nazywają czasem „istotą pozytywną” lub zjawiskiem nadprzyrodzonym. Ponieważ czas miał swój początek w odległej przeszłości, Pierwsza Przyczyna musi być wyjątkowa. To musi być przyczyna bezprzyczynowa, zjawisko, które właśnie się wydarzyło i nic go nie poprzedziło.

Ale jeśli początek wszystkiego przypiszemy Wielkiemu Wybuchowi, pojawia się pytanie: co wydarzyło się wcześniej? Kiedy mamy do czynienia z nieśmiertelnymi bogami, to zupełnie inna sprawa, gdyż dla nich bezczasowość nie jest kwestią. Bogowie istnieją poza czasem, a my nie. Dla nas nie ma czegoś takiego jak „przed czasem”. Dlatego jeśli zadajemy pytanie, co wydarzyło się przed Wielkim Wybuchem, będzie to trochę bezcelowe, nawet jeśli będziemy musieli znaleźć sens. Stephen Hawking zrównał go kiedyś z pytaniem „Co jest na północ od bieguna północnego?” I lubię zdanie „Kim byłeś, zanim się urodziłeś?”

Aureliusz Augustyn postawił hipotezę, że czas i przestrzeń pojawiły się wraz ze stworzeniem świata. Dla niego była to oczywiście Boża opatrzność. A dla nauki?

W nauce, aby zrozumieć, jak powstał, rozwijał się i dojrzewał Wszechświat, cofamy się w czasie, próbując zrekonstruować to, co się działo. Podobnie jak paleontolodzy identyfikujemy „skamieniałości”, czyli pozostałości materii z dawnych czasów, a następnie za ich pomocą poznajemy różne zjawiska fizyczne, jakie wówczas istniały.

Z pełnym przekonaniem zakładamy, że Wszechświat rozszerza się od miliardów lat i proces ten trwa do dziś. W tym przypadku „ekspansja” oznacza, że odległości między galaktykami rosną; galaktyki oddalają się od siebie z prędkością zależną od tego, co znajdowało się we wszechświecie w różnych epokach, czyli od tego, jaka materia wypełniała przestrzeń.

Wielki Wybuch nie był wybuchem

Kiedy mówimy o Wielkim Wybuchu i ekspansji, wyobrażamy sobie eksplozję, od której wszystko się zaczęło. Dlatego tak to nazwaliśmy. Ale to błędne przekonanie. Galaktyki oddalają się od siebie, ponieważ dosłownie dzieli je samo rozciąganie się przestrzeni. Jak elastyczna tkanina, przestrzeń rozciąga się i niesie ze sobą galaktyki, tak jak nurt rzeki unosi ze sobą kłody. Tak więc galaktyk nie można nazwać szczątkami unoszącymi się w wyniku eksplozji. Nie było centralnej eksplozji. Wszechświat rozszerza się we wszystkich kierunkach i jest całkowicie demokratyczny. Każdy punkt jest równie ważny. Ktoś w odległej galaktyce widzi usuwanie innych galaktyk w taki sam sposób jak my.

(Uwaga: pobliskie galaktyki mają odchylenia od tego kosmicznego przepływu zwanego „ruchem lokalnym”. Jest to spowodowane grawitacją. Na przykład zbliża się do nas Mgławica Andromeda.)

Wróć do przeszłości

Jeśli obrócimy kosmiczny film do tyłu, zobaczymy, jak materia jest coraz bardziej ściskana w kurczącej się przestrzeni. Temperatura rośnie, ciśnienie rośnie i zaczyna się zanikanie. Cząsteczki rozpadają się na atomy, atomy na jądra i elektrony, jądra atomowe na protony i neutrony, a protony i neutrony na kwarki. Ten sekwencyjny rozkład materii na jej najbardziej podstawowe i elementarne składniki następuje, gdy zegar tyka w kierunku przeciwnym do eksplozji.

Na przykład atomy wodoru rozpadają się około 400 000 lat przed Wielkim Wybuchem, jądra atomowe w ciągu jednej minuty, a protony z neutronami w setnych części sekundy (oczywiście patrząc od tyłu). Skąd to wiemy? Znaleźliśmy pozostałości promieniowania z czasów, gdy powstały pierwsze atomy (reliktowe mikrofalowe promieniowanie tła) i dowiedzieliśmy się, jak pojawiły się pierwsze jądra lekkich atomów, gdy Wszechświat miał zaledwie kilka minut. To właśnie te kosmiczne skamieliny wskazują nam drogę w przeciwnym kierunku.

Obecnie możemy eksperymentalnie symulować warunki, które istniały, gdy wszechświat był jedną bilionową sekundy. Może nam się wydawać, że jest to znikoma wartość, ale dla lekkiej cząstki fotonu to długi czas, pozwalając jej przelecieć odległość bilionów razy większą od średnicy protonu. Kiedy mówimy o wczesnym Wszechświecie, powinniśmy zapomnieć o ludzkich standardach i wyobrażeniach o czasie.

Oczywiście chcemy jak najbardziej zbliżyć się do momentu, w którym czas był równy 0. Ale w pewnym momencie wpadamy na mur ignorancji i możemy jedynie ekstrapolować nasze obecne teorie w nadziei, że dadzą nam przynajmniej pewne wskazówki, że dzieje się to na początku czasu, przy takich energiach i temperaturach, których nie możemy wytworzyć w laboratorium. Ale jedno wiemy na pewno. Kiedy czas jest bliski zeru, nasza obecna teoria własności przestrzeni i czasu, która jest ogólną teorią względności Einsteina, nie działa.

To dziedzina mechaniki kwantowej, w której odległości są tak małe, że musimy sobie wyobrazić przestrzeń nie jako ciągłą warstwę, ale jako strukturę ziarnistą. Niestety, nie mamy jakościowej teorii opisującej taką granulację przestrzeni, ponieważ nie ma fizycznych praw grawitacji w skali kwantowej (znanej jako grawitacja kwantowa). Kandydatami są oczywiście na przykład teoria superstrun i pętlowa grawitacja kwantowa. Ale obecnie nie ma dowodów na to, że prawidłowo opisują zjawiska fizyczne.

Kosmologia kwantowa nie odpowiada na pytanie

Niemniej jednak ciekawość człowieka wymaga zbliżenia granic do zerowej wartości czasu. Co możesz powiedzieć? W latach 80. Alexander Vilenkin, Andrei Linde oraz James Hartl i Stephen Hawking zaproponowali trzy modele kosmologii kwantowej, w których wszechświat istnieje jako atom, a równanie jest podobne do używanego w mechanice kwantowej.

W tym równaniu wszechświat jest falą prawdopodobieństwa, która w istocie łączy ponadczasowy obszar kwantowy z klasycznym, w którym jest czas, czyli z wszechświatem, w którym zamieszkujemy, a który teraz się rozszerza. Przejście od kwantu do klasyki dosłownie oznacza pojawienie się kosmosu, co nazywamy Wielkim Wybuchem. Tak więc Wielki Wybuch jest bezprzyczynową fluktuacją kwantową, tak losową jak rozpad radioaktywny: od braku czasu do jego obecności.

Zakładając, że jeden z tych prostych modeli jest poprawny, czy byłoby to naukowe wyjaśnienie Pierwszej Przyczyny? Czy możemy całkowicie pozbyć się konieczności przyczyny, korzystając z prawdopodobieństw fizyki kwantowej?

Niestety nie. Oczywiście taki model byłby zdumiewającym wyczynem intelektualnym. Byłby to ogromny krok naprzód w zrozumieniu pochodzenia wszystkiego. Ale to nie wystarczy. Nauka nie może istnieć w próżni. Potrzebuje aparatu pojęciowego, takich pojęć jak przestrzeń, czas, materia, energia. Potrzebuje obliczeń, potrzebuje praw zachowania takich wielkości jak energia i pęd. Nie da się zbudować drapacza chmur z pomysłów, tak jak nie da się stworzyć modelu bez pojęć i praw. Proszenie nauki o „wyjaśnienie” Pierwszej Przyczyny jest jak proszenie nauki o wyjaśnienie jej własnej struktury. Jest to prośba o dostarczenie modelu naukowego, który nie wykorzystuje precedensów, nie ma wcześniejszych koncepcji, na których można by operować. Nauka nie może tego zrobić, tak jak człowiek nie może myśleć bez mózgu.

Zagadka podstawowej przyczyny pozostaje nierozwiązana. Jako odpowiedź możesz wybrać religię i wiarę, a także możesz założyć, że nauka z czasem wszystko rozwiąże. Możemy również, podobnie jak starożytny grecki sceptyk Pyrrho, pokornie przyznać, że nasza wiedza ma swoje granice. Możemy cieszyć się z tego, co osiągnęliśmy i nadal rozumieć, jednocześnie zdając sobie sprawę, że nie ma potrzeby wszystkiego wiedzieć i wszystkiego rozumieć. Wystarczy, że nadal jesteśmy dociekliwi.

Ciekawość bez zagadki jest ślepa, a zagadka bez ciekawości jest wadliwa.