Nova teorija o nastanku vesolja: Veliki pok ni bil začetek

Ekipa fizikov je predlagala nov model vesolja, ki postavlja pod vprašaj dolgo prevladujočo teorijo o velikem poku kot začetku vsega.

Vse od časov, ko so ljudje mislili, da je vesolje samo nekakšna sfera okoli Zemlje v njenem središču, do odkritja, da gre v resnici za ogromen prostor, ki se razteza v nedoumljive daljave, je vesolje veljalo za statično – nespremenljivo.

Šele pred dobrimi sto leti, ko so astronomi ugotovili, da je naša galaksija le ena do mnogih in da se galaksije premikajo stran od nas, so astronomi začeli sklepati, da se vesolje širi.

Logični sklep, ki izhaja iz tega, pa je, da je nekoč moralo vesolje biti precej manjše.

Razmišljanje v tej smeri in odkritje, da še vedno lahko zaznamo "prvo svetlobo" – mikrovalovno kozmično ozadje – je privedlo do teorije o velikem poku, dogodku, v katerem je pred približno 14 milijardami let iz točke z neskončno gostoto ("singularnosti") nastalo naše vesolje.

V današnji prevladujoči teoriji o vesolju se je vesolje najprej iz singularnosti tako rekoč v hipu raztegnilo na skoraj neskončno velikost, kar znanstveniki imenujejo kozmična "inflacija".

Nadaljnja opazovanja so pokazala, da se vesolje širi še danes, vendar to ni posledica inflacije, pač pa so astrofiziki za razlago morali uvesti pojem "temne energije", ki je danes del standardnega besednjaka in cilj mnogih raziskav.

Problem singularnosti in temne energije

Vendar je v tej razlagi problem, pravzaprav dva.

Prvi je "singularnost" začetnega stanja vesolja, točke z neskončno gostoto.

"Fizika ne mara neskončnosti/singularnosti" je pogosta fraza fizikov.

Kadarkoli se v rešitvah fizikalnih enačb pojavi neskončnost, je to za fizike problem, kajti dogajanj v neskončnosti oziroma singularnosti ne morejo razložiti. Običajen izraz za to je, da se v singularnosti fizikalni zakoni "zlomijo".

Drugi problem predstavlja temna energija, ki ji pravijo temna, ker je dobesedno neotipljiva – ne moremo je neposredno zaznati ali meriti, opazujemo in merimo lahko le njene učinke.

Zato se vsake toliko časa v astrofiziki pojavijo teorije, ki želijo odpraviti ti dve "skrivnostni komponenti širjenja" oziroma ju razložiti na drugačen način.

Eno takšnih je pred kratkim predstavila ekipa znanstvenikov pod vodstvom Enriqueja Gaztanage, profesorja na Inštitutu za kozmologijo in gravitacijo na Univerzi v Portsmouthu.

Kot piše portal Live Science, je ekipa raziskovala, kaj se zgodi, ko se preveč gosta regija snovi sesede zaradi gravitacije.

Do takšnega stanja prihaja denimo ob nastanku črnih lukenj, vesoljskih objektov, ki nastanejo, ko se zvezde z velikansko maso sesedejo same vase.

Namesto singularnosti "odboj"

To je sicer že večkrat raziskana tema, vendar pa se raziskava omenjenih avtorjev od drugih razlikuje v tem, da so znanstveniki v dogajanje vključili tudi tako imenovano "Paulijevo izključitveno načelo".

To je eno od osnovnih načel kvantne fizike, ki pravi, da dva enaka fermiona (vrsta subatomskih delcev) ne moreta obstajati v istem kvantnem stanju hkrati.

S pomočjo tega načela so fiziki oblikovali scenarij, v katerem zgoščanje materije ne vodi do singularnosti, temveč do "odboja" – preobrata gravitacijskega sesedanja.

Nato so naredili računalniške simulacije takšnih dogodkov in odkrili, da je v enem od njih nastalo vesolje, ki je presenetljivo podobno našemu.

"V raziskavi pokažemo, da to pravilo (Paulijevo izključitveno načelo, op. p.) preprečuje, da bi se delci zgoščene snovi stisnili v neskončnost. Zato se zgoščanje ustavi in obrne. Ta odboj ni le možen – v pravih pogojih je neizogiben," piše Gaztanaga v študiji.

Možnost preverjanja teorije: je vesolje ukrivljeno?

V nastanek vesolja, ki ga opisujejo v študiji, sta prav tako vključeni dve fazi širjenja, vendar vzrok tega širjenja nista "skrivni komponenti" (inflacija in temna energija), kot ju imenuje Gaztanaga, pač pa ga poganja kar fizika samega odboja.

Tako ni potrebe po "dodatnih poljih ali špekulativni fiziki", vse skupaj pa se še vedno zgodi znotraj okvira splošne teorije relativnosti, ki je ogrodje sodobne astrofizike, dodajajo raziskovalci.

Po trditvah avtorjev je prednost modela tudi v tem, da daje možnost preverjanja z eksperimenti.

Ena od napovedi, ki izhaja iz nove teorije, je, da vesolje ni popolnoma ravno, ampak ima rahlo pozitivno ukrivljenost – tako kot recimo Zemlja, ki se nam zdi ravna, je pa v resnici ukrivljena, kar lahko ugotovimo z merjenjem večjih razdalj oziroma z opazovanjem iz večje oddaljenosti.

Čeprav vesolja ne moremo opazovati od zunaj, pa obstajajo načini, kako bi lahko preverili, ali je ukrivljeno na podoben način kot Zemlja. To bi lahko preverile že prihodnje misije, kot je Arrakihs Evropske vesoljske agencije.

Ciklično vesolje znotraj črne luknje?

Če bi model prestal preizkuse in bi bolje pojasnjeval opazovane pojave kot trenutno sprejete teorije, pa bi to lahko korenito spremenilo naš pogled na vesolje – in našo vlogo v njem.

"V tem okviru se celotno opazovalno vesolje nahaja znotraj notranjosti črne luknje, ki je nastala v nekem večjem 'matičnem' vesolju," zaključuje Gaztanaga.

"Nismo nič posebnega," še pravi Gaztanaga in spomni na čase, ko so astronome, ki so si drznili predlagati nove teorije o vesolju, zapirali ali celo zažigali na grmadah. "Nismo priča rojstvu vsega iz nič, temveč nadaljevanju kozmičnega cikla – cikla, ki ga oblikujeta gravitacija, kvantna mehanika in globoke povezave med njima."

Študija je bila objavljena v reviji Physical Review D.