Hva skjedde før Big Bang? Det konvensjonelle svaret på dette spørsmålet er vanligvis: "Det er ikke noe som heter" før Big Bang. " Men det riktige svaret, sier fysiker Sean Carroll, er: "Vi vet bare ikke." Carroll, så vel som mange andre fysikere og kosmologer har begynt å vurdere muligheten for tid før Big Bang, samt alternative teorier om hvordan universet vårt ble til. Carroll diskuterte denne typen "spekulativ forskning" under en foredrag på American Astronomical Society Meeting forrige uke i St. Louis, Missouri.
"Dette er en interessant tid å være kosmolog," sa Carroll. ”Vi er både velsignet og forbannet. Det er en gullalder, men problemet er at modellen vi har av universet gir ingen mening. "
For det første er det et inventarproblem, der 95% av universet ikke står for. Kosmologer har tilsynelatende løst problemet ved å koke sammen mørk materie og mørk energi. Men fordi vi har "laget" materie som passer til dataene, betyr ikke det at vi forstår universets natur.
En annen stor overraskelse om vårt univers kommer fra faktiske data fra WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) romfartøy som har studert Cosmic Microwave Background (CMB) ”ekkoet” fra Big Bang.
"WMAP-øyeblikksbildet av hvordan det tidlige universet så ut, viser at det er varmt, tett og glatt [lav entropi] over et bredt område av verdensrommet," sa Carroll. "Vi forstår ikke hvorfor det er tilfelle. Det er en enda større overraskelse enn lagerproblemet. Universet vårt ser bare ikke naturlig ut. " Carroll sa at tilstander med lav entropi er sjeldne, pluss alle mulige startbetingelser som kunne ha utviklet seg til et univers som vårt, det overveldende flertallet har mye høyere entropi, ikke lavere.
Men det mest overraskende fenomenet om universet, sa Carroll, er at ting forandrer seg. Og det hele skjer i en konsistent retning fra fortid til fremtid, i hele universet.
"Det kalles tidens pil," sa Carroll. Tidspilen kommer fra termodynamikkens andre lov, som påkaller entropi. Loven sier at ufravikelig flytter lukkede systemer fra orden til forstyrrelse over tid. Denne loven er grunnleggende for fysikk og astronomi.
Et av de store spørsmålene om de første forholdene i universet er hvorfor startet entropien så lavt? "Og lav entropi nær Big Bang er ansvarlig for alt om tidens pil," sa Carroll. "Liv og død, minne, flyt av tid." Hendelser skjer i rekkefølge og kan ikke reverseres.
"Hver gang du bryter et egg eller søler et glass vann, gjør du observasjonskosmologi," sa Carroll.
Derfor, for å svare på spørsmålene våre om universet og tidens pil, må vi kanskje vurdere hva som skjedde før Big Bang.
Carroll insisterte på at dette er viktige spørsmål å tenke på. "Dette er ikke bare fritidsteologi," sa han. ”Vi vil ha en historie om universet som gir mening. Når vi har ting som virker overraskende, ser vi etter en underliggende mekanisme som gjør det som var et puslespill forståelig. Universet med lav entropi er en anelse om noe, og vi bør jobbe for å finne det. ”
Akkurat nå har vi ikke en god modell av universet, og nåværende teorier svarer ikke på spørsmålene. Klassisk generell relativitet forutsier at universet begynte med en singularitet, men det kan ikke bevise noe før etter Big Bang.
Inflasjonsteori, som foreslår en periode med ekstremt rask (eksponentiell) ekspansjon av universet i løpet av sine første øyeblikk, er ingen hjelp, sa Carroll. “Det gjør bare entropiproblemet verre. Inflasjon krever en teori om de første forholdene. ”
Det er andre modeller der ute, men Carroll foreslo, og så ut til å favorisere ideen om multi-universer som fortsetter å skape "baby" -univers. "Det observerbare universet vårt er kanskje ikke hele historien," sa han. "Hvis vi er en del av en større multiverse, er det ingen maksimal entropi likevektstilstand, og entropi produseres gjennom å skape universer som vår egen."
Carroll diskuterte også ny forskning han og et team av fysikere har gjort, og så på, igjen, resultater fra WMAP. Carroll og teamet hans sier at dataene viser at universet er "skjevt."
Målinger fra WMAP viser at svingningene i mikrobølgebakgrunnen er omtrent 10% sterkere på den ene siden av himmelen enn på den andre.
En forklaring på dette “tunge-på-en-side-universet” ville være hvis disse svingningene representerte en struktur som var igjen fra universet som produserte universet vårt.
Carroll sa at alt dette ville bli hjulpet av en bedre forståelse av kvantetyngdekraften. “Kvantumsvingninger kan gi nye universer. Hvis termisk svingning i et rolig rom kan føre til babyunivers, ville de ha sin egen entropi og kunne fortsette å skape universer. ”
Gitt, og Carroll understreket dette poenget - all forskning på disse temaene er generelt ansett som spekulasjoner på dette tidspunktet. "Ikke noe av dette er godt etablerte ting," sa han. “Jeg vil selv satse penger på at dette er galt. Men forhåpentligvis kan jeg komme tilbake om ti år og fortelle deg at vi har funnet ut av alt. "
Riktignok, som forfatter, prøver det ikke å rettferdiggjøre Carrolls snakk og ideer til en kort artikkel. Ta en titt på Carroll tar for seg disse forestillingene og mer på bloggen hans, Cosmic Variance. Les også et flott sammendrag av Carrolls tale, skrevet av Chris Lintott for BBC. Jeg har tenkt over Carrolls snakk i mer enn en uke nå, og tenkt på begynnelsen av tiden - og til og med at det kan være tid før tiden - har gitt en interessant og fengslende uke. Hvorvidt den tiden har ført meg fremover eller bakover i min forståelse gjenstår å se!
