Το Σύμπαν προήλθε από το… τίποτα

Μία από τις πιο σημαντικές θεωρίες της σύγχρονης κοσμολογίας είναι ότι το Σύμπαν ξεκίνησε με τη Μεγάλη Έκρηξη, το γνωστό σε όλους «Big Bang». Αυτό βέβαια δεν αποτελεί απλά μια ιδέα, αλλά μια επιστημονική θεωρία που υποστηρίζεται από πολλά αποδεικτικά στοιχεία. Για αρχή έχουμε τη θεωρία του κοσμικού υπόβαθρου μικροκυμάτων, της συνεχούς επέκτασης του διαστήματος και αυτή της αφθονίας των αρχέγονων στοιχείων. Κι όμως οι επιστήμονες εξακολουθούν να αναρωτιούνται τι είναι αυτό που προκάλεσε εξαρχής τη Μεγάλη Έκρηξη. Για πολλά χρόνια οι κοσμολόγοι πίστευαν ότι το Σύμπαν δημιουργήθηκε αυθόρμητα, ότι η Μεγάλη Έκρηξη ήταν το αποτέλεσμα κβαντικών διακυμάνσεων και πως το Σύμπαν άρχισε να υπάρχει από το τίποτα.

Αυτό είναι κάτι εύλογο, δεδομένων όσων γνωρίζουμε για την κβαντική μηχανική, αναφέρει ένα άρθρο στο Physics arXiv Blog.

Όμως οι φυσικοί χρειάζονται κάτι παραπάνω.

Μια μαθηματική απόδειξη που θα δίνει «σάρκα και οστά» στην ιδέα αυτή.

Η «ευχή» τους εκπληρώθηκε χάρη στην εργασία του Dongshan He και των συνεργατών του στο Ινστιτούτο Φυσικής και Μαθηματικών Wuhan Institute of Physics and Mathematics στην Κίνα.

Η ερευνητική αυτή ομάδα βρήκε την πρώτη, αυστηρή απόδειξη ότι η Μεγάλη Έκρηξη θα μπορούσε όντως να έχει προκύψει αυθόρμητα λόγω κβαντικών διακυμάνσεων.

Η νέα αυτή απόδειξη βασίζεται σε ένα ειδικό σύνολο λύσεων, μιας μαθηματικής οντότητας, γνωστής ως εξίσωση Wheeler-DeWitt.

Στο πρώτο μισό του 20ου αιώνα οι κοσμολόγοι αγωνίζονταν να συνδυάσουν τους δύο πυλώνες της σύγχρονης φυσικής –την κβαντική μηχανική και τη γενική σχετικότητα- με έναν τρόπο που θα περιέγραφε με εύλογο τρόπο το σύμπαν.

Μια σημαντική ανακάλυψη προέκυψε τη δεκαετία του 1960, όταν οι φυσικοί John Wheeler και Bryce DeWitt συνδύασαν αυτές τις δύο μη συμβατές ιδέες, σε ένα μαθηματικό πλαίσιο, γνωστό σήμερα ως η εξίσωση Wheeler-DeWitt.

Ο Dongshan και οι συνεργάτες του «εξερεύνησαν» μερικές νέες λύσεις αυτής της εξίσωσης.

Στο επίκεντρο της σκέψης τους βρίσκεται η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg. Αυτό επιτρέπει την πιθανότητα ύπαρξης ενός μικρού κενού, λόγω των διακυμάνσεων που οι φυσικοί αποκαλούν μετασταθερό ψευδές κενό.

Όταν συμβαίνει αυτό, υπάρχουν δύο πιθανότητες. Αν η φούσκα του διαστήματος δεν επεκταθεί γρήγορα, εξαφανίζεται σχεδόν αμέσως. Αν όμως επεκταθεί αρκετά, τότε δημιουργείται ένα σύμπαν με τρόπο μη αναστρέψιμο.

Το ερώτημα που προκύπτει όμως είναι το εξής: επιτρέπει κάτι τέτοιο η εξίσωση Wheeler-DeWitt;

«Εμείς αποδεικνύουμε ότι μόλις δημιουργηθεί μια μικρή φούσκα μετασταθερού κενού, έχει την ευκαιρία να επεκταθεί με γεωμετρική πρόοδο» αναφέρουν οι ερευνητές.

Η προσέγγιση του Dongshan και των συνεργατών του, κάνει λόγο για μια σφαιρική φυσαλίδα η οποία περιγράφεται εξ ολοκλήρου από την ακτίνα της. Στη συνέχεια υπολογίζουν την εξίσωση, που περιγράφει το ρυθμό με τον οποίο μπορεί να επεκταθεί αυτή η ακτίνα και μετά εξετάζουν τρία σενάρια για τη γεωμετρία της φούσκας: κλειστή, ανοιχτή ή επίπεδη.

Για κάθε μία από αυτές τις περιπτώσεις βρίσκουν μια λύση, σύμφωνα με την οποία η φούσκα μπορεί να επεκταθεί με γεωμετρική πρόοδο και κατά συνέπεια να φτάσει σε τέτοιο μέγεθος που μπορεί να δημιουργηθεί ένα σύμπαν… ένα Big Bang.

πηγή