Kuvan luotto: Chicagon yliopisto
Chicagon yliopiston kahden fyysikon mukaan alkuräjähdys voi olla normaali tapahtuma universumin luonnollisessa evoluutiossa, joka tapahtuu toistuvasti uskomattoman laajoilla aikaskaaloilla, kun universumi laajenee, tyhjenee ja jäähtyy.
?Haluamme sanoa, että alkuräjähdys ei ole mitään erikoista universumimme historiassa,? sanoi Sean Carroll, fysiikan apulaisprofessori Chicagon yliopistosta. Carroll ja Chicagon yliopiston jatko-opiskelija Jennifer Chen julkaisevat ideoitaan kuvaavan paperin sähköisesti osoitteessa http://arxiv.org/ .
Carrollin ja Chenin tutkimuksessa käsitellään kahta kunnianhimoista kysymystä: miksi aika virtaa vain yhteen suuntaan ja olisiko alkuräjähdys voinut syntyä fysiikan tunnettujen lakien mukaisesta tyhjän tilan energian vaihtelusta?
Kysymys ajan nuolesta on vaivannut fyysikot vuosisadan ajan, koska 'suurin osa fysiikan peruslait eivät tee eroa menneisyyden ja tulevaisuuden välillä'. He ovat aikasymmetrisiä,? Carroll sanoi.
Ja läheisesti aikakysymykseen liittyy entropian käsite, maailmankaikkeuden epäjärjestyksen mitta. Kuten fyysikko Ludwig Boltzmann osoitti sata vuotta sitten, entropia kasvaa luonnollisesti ajan myötä. ?Munasta voi tehdä munakkaan, mutta munakasta ei munaa,? Carroll sanoi.
Mutta edelleen on mysteeri, miksi entropia oli aluksi alhainen universumissa. Tämän kysymyksen vaikeus on pitkään vaivannut tiedemiehiä, jotka useimmiten jättävät sen yksinkertaisesti palapeliksi vastatakseen tulevaisuudessa.
Carroll ja Chen ovat yrittäneet vastata siihen nyt.
Aiemmat tutkijat ovat lähestyneet alkuräjähdystä koskevia kysymyksiä olettaen, että entropia maailmankaikkeudessa on rajallinen. Carroll ja Chen ottavat päinvastaisen lähestymistavan. ? Oletamme, että maailmankaikkeuden entropia on ääretön. Se voi aina kasvaa,? Chen sanoi.
Selittääkseen onnistuneesti, miksi maailmankaikkeus näyttää nykyiseltä, molempien lähestymistapojen on mukautettava inflaatioksi kutsuttu prosessi, joka on alkuräjähdysteorian laajennus. Astrofyysikot keksivät inflaatioteorian, jotta he voisivat selittää maailmankaikkeuden sellaisena kuin se nykyään näyttää. Inflaation mukaan universumi koki massiivisen laajenemisjakson sekunnin murto-osassa alkuräjähdyksen jälkeen.
Mutta tässä skenaariossa on ongelma: luuranko kaapissa,? Carroll sanoi. Inflaation aloittamiseksi maailmankaikkeus olisi käsittänyt mikroskooppisesti pienen täplän äärimmäisen epätodennäköisessä kokoonpanossa, ei sitä, mitä tiedemiehet odottavat satunnaisesti valitulta alkutilalta. Carroll ja Chen väittävät, että yleinen alkutila muistuttaa todennäköisesti kylmää, tyhjää tilaa? ei ole ilmeisen suotuisa lähtökohta inflaation alkamiselle.
Rajallisen entropian universumissa jotkut tutkijat ovat ehdottaneet, että satunnainen vaihtelu voi laukaista inflaation. Tämä kuitenkin edellyttäisi, että maailmankaikkeuden molekyylit vaihtelevat korkean entropian tilasta matalan entropian tilaksi - tilastollisesti pitkälle.
?Inflaation välttämättömät olosuhteet eivät ole niin helppoja aloittaa,? Carroll sanoi. On olemassa argumentti, jonka mukaan on helpompaa saada universumimme ilmestymään satunnaisesta vaihtelusta kuin saada inflaatio alkamaan satunnaisesta vaihtelusta.
Carrollin ja Chenin skenaario äärettömästä entropiasta on saanut inspiraationsa vuonna 1998 tehdystä havainnosta, jonka mukaan maailmankaikkeus laajenee ikuisesti salaperäisen voiman, jota kutsutaan 'pimeäksi energiaksi'. Näissä olosuhteissa maailmankaikkeuden luonnollinen kokoonpano on melkein tyhjä. ?Nykyisessä universumissamme entropia kasvaa ja universumi laajenee ja tyhjenee,? Carroll sanoi.
Mutta tyhjässäkin tilassa on himmeitä energian jälkiä, jotka vaihtelevat subatomisessa mittakaavassa. Kuten Jaume Garriga Universitat Autonoma de Barcelonasta ja Alexander Vilenkin Tuftsin yliopistosta ovat ehdottaneet, nämä heilahtelut voivat aiheuttaa omia alkuräjähdyksiä universumin pienillä alueilla, jotka ovat kaukana toisistaan ajallisesti ja avaruudessa. Carroll ja Chen laajentavat tätä ajatusta dramaattisella tavalla, mikä viittaa siihen, että inflaatio voisi alkaa 'käänteisesti' universumimme kaukaisessa menneisyydessä, jotta aika voisi näyttää kuluvan taaksepäin (meidän näkökulmastamme) kaukana menneisyydessämme oleville havainnoijille.
Huolimatta siitä, mihin suuntaan ne juoksevat, näissä alkuräjähdyksessä luodut uudet universumit jatkavat entropian lisäämisprosessia. Tässä loputtomassa syklissä universumi ei koskaan saavuta tasapainoa. Jos se saavuttaisi tasapainon, mitään ei koskaan tapahtuisi. Ei olisi ajan nuolta.
?Ei ole mitään tilaa, johon voit mennä, mikä on maksimaalinen entropia. Voit aina lisätä entropiaa lisää luomalla uuden maailmankaikkeuden ja antamalla sen laajentua ja jäähtyä,? Carroll selitti.
Alkuperäinen lähde: Chicagon yliopiston uutistiedote
