Forskere har utviklet en modell av et krympende univers som eksisterte før Big Bang. Klikk for å forstørre
Big Bang beskriver hvordan universet begynte som et enkelt punkt for 13,7 milliarder år siden, og har utvidet seg siden, men det forklarer ikke hva som skjedde før det. Forskere fra Penn State University mener at det burde være spor av bevis i vårt nåværende univers som kan brukes til å se tilbake før Big Bang. I følge deres forskning var det et kontraherende univers med lignende romtidsgeometri som vårt ekspanderende univers. Universet kollapset og "spratt" som Big Bang.
I følge Einsteins generelle relativitetsteori representerer Big Bang The Beginning, den storslåtte hendelsen der ikke bare materie, men selve rom-tiden ble født. Mens klassiske teorier ikke har noen ledetråder om eksistens før det øyeblikket, har et forskerteam i Penn State brukt kvantegravitasjonsberegninger for å finne tråder som fører til en tidligere tid. "Generell relativitet kan brukes til å beskrive universet tilbake til et punkt der materien blir så tett at likningene ikke holder opp," sier Abhay Ashtekar, innehaver av Eberly Family Chair in Physics og direktør for Institute for Gravitational Physics og geometri ved Penn State. "Utover dette punktet, måtte vi bruke kvanteverktøy som ikke var tilgjengelig for Einstein." Ved å kombinere kvantefysikk med generell relativitet, var Ashtekar og to av hans post-doktorgradsforskere, Tomasz Pawlowski og Parmpreet Singh, i stand til å utvikle en modell som sporer gjennom Big Bang til et krympende univers som viser fysikk som ligner vår.
I forskning rapportert i den nåværende utgaven av Physical Review Letters, viser teamet at det før Big Bang fantes et kontraherende univers med romtidsgeometri som ellers ligner det i vårt nåværende ekspanderende univers. Når gravitasjonskreftene trakk dette forrige universet innover, nådde det et punkt hvor romtidens kvanteegenskaper får tyngdekraften til å bli frastøtende, snarere enn attraktive. "Ved å bruke kvanteendringer av Einsteins kosmologiske ligninger, har vi vist at i stedet for en klassisk Big Bang, det faktisk er et kvantehopp," sier Ashtekar. "Vi ble så overrasket over oppdagelsen at det er et annet klassisk, før Big Bang-univers, at vi gjentok simuleringene med forskjellige parameterverdier over flere måneder, men vi fant ut at Big Bounce-scenariet er robust."
Mens den generelle ideen om et annet univers som eksisterte før Big Bang har blitt foreslått tidligere, er dette den første matematiske beskrivelsen som systematisk etablerer sin eksistens og trekker ut egenskaper til rom-tidsgeometri i dette universet.
Forskningsteamet brukte loop kvantetyngdekraft, en ledende tilnærming til problemet med forening av generell relativitet med kvantefysikk, som også ble banebryt ved Penn State Institute of Gravitational Physics and Geometry. I denne teorien har rom-tidsgeometri i seg selv en diskret ‘atom’ struktur og det kjente kontinuumet er bare en tilnærming. Romets stoff er vevd bokstavelig talt av endimensjonale kvantetråder. I nærheten av Big-Bang er dette stoffet voldsomt revet og geometriens kvante natur blir viktig. Det gjør tyngdekraften sterkt frastøtende og gir opphav til Big Bounce.
"Det første arbeidet vårt forutsetter en homogen modell av universet vårt," sier Ashtekar. “Det har imidlertid gitt oss tillit til de underliggende ideene om loopkvantityvhet. Vi vil fortsette å avgrense modellen for bedre å skildre universet slik vi kjenner den og for å bedre forstå funksjonene i kvantetyngdekraften. ”
Forskningen ble sponset av National Science Foundation, Alexander von Humboldt Foundation og Penn State Eberly College of Science.
Originalkilde: PSU News Release
