Cum ar fi dacă Big Bang-ul nu a fost începutul Universului? Cercetările noastre sugerează că Big-Bang-ul ar fi avut loc în interiorul unei găuri negre
Big Bang-ul este adesea descris ca nașterea explozivă a Universului – un moment singular în care spațiul, timpul și materia au luat ființă. Dar dacă acesta nu fost începutul? Ce-ar fi dacă Universul a apărut din altceva – ceva mai familiar și radical în același timp?
Într-o nouă lucrare, publicată în Physical Review D (preprint aici), colegii mei și cu mine propunem o alternativă frapantă. Calculele noastre sugerează că Big Bang-ul nu a fost începutul a tot, ci mai degrabă rezultatul unui colaps gravitațional care a format o gaură neagră foarte masivă – urmat de un ricoșeu în interiorul acesteia.
Această idee, pe care o numim Universul găurii negre, oferă o viziune radical diferită asupra originilor cosmice, însă este bazată în întregime pe fizică și observațiile cunoscute.
Modelul cosmologic standard de astăzi, bazat pe Big Bang și inflația cosmică (ideea că Universul timpuriu a crescut rapid în mărime), a avut un succes remarcabil în explicarea structurii și evoluției Universului. Acest model lasă însă fără răspuns unele dintre cele mai fundamentale întrebări.
În primul rând, modelul Big Bang-ului începe cu o singularitate – un punct cu densitate infinită unde legile fizicii nu se mai pot aplica. Aceasta nu este doar o eroare tehnică, este o problemă teoretică profundă care sugerează că nu înțelegem deloc începutul Universului.
Pentru a explica structura la scară largă a Universului, fizicienii au introdus o scurtă fază de expansiune rapidă în Universul timpuriu numită inflație cosmică, provocată de un câmp necunoscut cu proprietăți ciudate. Mai târziu, pentru a explica expansiunea accelerată observată în prezent, fizicienii au adăugat o altă componentă „misterioasă”: energia întunecată.
Pe scurt, modelul standard al cosmologiei funcționează bine – dar numai prin introducerea unor ingrediente noi pe care nu le-am observat niciodată direct. Între timp, cele mai fundamentale întrebări rămân deschise: de unde a provenit totul? De ce a început așa? Și de ce este Universul atât de plat, neted și mare?
Un nou model teoretic
Noul nostru model abordează aceste întrebări dintr-un unghi diferit – privind spre interior în loc de spre exterior. În loc să începem cu un Univers în expansiune și să încercăm să urmărim cum a început, luăm în considerare ce se întâmplă atunci când o cantitate excesiv de densă de materie intră în colaps sub acţiunea gravitației.
Acesta este un proces familiar: stelele colapsează în găuri negre, care se numără printre cele mai bine înțelese obiecte din fizică. Dar ceea ce se întâmplă în interiorul unei găuri negre, dincolo de orizontul evenimentelor din care nimic nu poate scăpa, rămâne un mister.
În 1965, fizicianul britanic Roger Penrose a demonstrat că, în condiții foarte generale, colapsul gravitațional trebuie să ducă la o singularitate. Acest rezultat, extins de regretatul fizician britanic Stephen Hawking și de alții, susține ideea că singularitățile – precum cea de la Big Bang – sunt inevitabile.
Ideea a contribuit la câștigarea unei părți a Premiului Nobel pentru fizică din 2020 de către Penrose și a inspirat bestsellerul mondial al lui Hawking, „Scurtă istorie a timpului: De la Big Bang la găurile negre” . Există însă o avertizare. Aceste „teoreme ale singularității” se bazează pe „fizica clasică”, care descrie obiectele macroscopice obișnuite. Dacă includem efectele mecanicii cuantice, care guvernează microcosmosul minuscul al atomilor și particulelor, așa cum trebuie să facem la densități extreme, povestea s-ar putea schimba.
În noua noastră lucrare, demonstrăm că un colaps gravitațional nu trebuie să se termine neapărat cu o singularitate. Găsim o soluție analitică exactă – un rezultat matematic fără aproximări. Calculele noastre arată că, pe măsură ce ne apropiem de singularitatea potențială, mărimea Universului se schimbă ca o funcție (hiperbolică) a timpului cosmic.
Această soluție matematică simplă descrie cum un nor de materie în colaps poate atinge o stare de densitate mare și apoi poate ricoșa, revenind în exterior într-o nouă fază de expansiune.
Dar cum se face că teoremele lui Penrose interzic astfel de rezultate? Totul se reduce la o regulă numită principiul excluziunii cuantice, care afirmă că două particule identice, cunoscute sub numele de fermioni, nu pot ocupa aceeași stare cuantică (cum ar fi momentul cinetic sau „spinul”).
Demonstrăm că tocmai această regulă împiedică particulele din materia care colapsează să fie comprimate pe termen nelimitat. Drept urmare, colapsul se oprește și se inversează. Saltul sau ricoşeul nu este doar posibil – este inevitabil în condițiile potrivite.
Crucial este faptul că această revenire are loc în întregime în cadrul relativității generale, care se aplică la scări mari, cum ar fi stelele și galaxiile, combinată cu principiile de bază ale mecanicii cuantice – nefiind necesare câmpuri exotice, dimensiuni suplimentare sau o fizică speculativă.
Ceea ce apare de cealaltă parte a reculului este un Univers remarcabil de asemănător cu al nostru. Și mai surprinzător este faptul că reculul produce, în mod natural, cele două faze separate de expansiune accelerată – inflația și energia întunecată – determinate nu de câmpuri ipotetice, ci de fizica reculului în sine.
Predicții testabile
Unul dintre punctele forte ale acestui model este faptul că face predicții testabile. Prezice o curbură spațială pozitivă de valoare mică, dar diferită de zero, ceea ce înseamnă că Universul nu este exact plat, ci ușor curbat, precum suprafața Pământului.
Aceasta este, pur și simplu, o relicvă a densității inițiale mici care a declanșat colapsul. Dacă observațiile viitoare, cum ar fi misiunea Euclid în curs de desfășurare, confirmă o curbură pozitivă mică, ar fi un indiciu puternic că Universul a rezultat într-adevăr dintr-un astfel de ricoşeu. De asemenea, face predicții despre rata actuală de expansiune a universului, lucru care a fost deja verificat.
Racheta SpaceX Falcon 9 care transportă misiunea Euclid a ESA pe rampa de lansare în 2023. Credit: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid , CC BY-SA
Acest model face mai mult decât să rezolve problemele tehnice ale cosmologiei standard. Ar putea, de asemenea, să arunce o nouă lumină asupra altor mistere profunde din înțelegerea noastră asupra Universului timpuriu – cum ar fi originea găurilor negre supermasive, natura materiei întunecate sau formarea ierarhică și evoluția galaxiilor.
Aceste întrebări vor fi explorate de viitoarele misiuni spațiale, cum ar fi Arrakihs, care vor studia caracteristici difuze precum halourile stelare (o structură sferică de stele și roiuri globulare care înconjoară galaxiile) și galaxiile satelit (galaxii mai mici care orbitează în jurul celor mai mari), care sunt dificil de detectat cu telescoapele tradiționale de pe Pământ și ne vor ajuta să înțelegem materia întunecată și evoluția galaxiilor.
Aceste fenomene ar putea fi legate și de obiecte compacte relicve – cum ar fi găurile negre – care s-au format în timpul fazei de colaps și au supraviețuit ricoșeului.
Universul găurilor negre oferă, de asemenea, o nouă perspectivă asupra locului nostru în cosmos. În acest cadru, întregul nostru Univers observabil se află în interiorul unei găuri negre formate într-un univers „părinte” mai mare.
Credit: Iceberg San/pexels.com
Nu suntem speciali, la fel cum nu era Pământul în viziunea geocentrică asupra lumii care l-a determinat pe Galileo (astronomul care a sugerat că Pământul se învârte în jurul Soarelui în secolele al XVI-lea și al XVII-lea) să fie plasat în arest la domiciliu.
Nu asistăm la nașterea a tot din nimic, ci mai degrabă la continuarea unui ciclu cosmic – unul modelat de gravitație, mecanica cuantică și interconexiunile profunde dintre ele.
Traducere după What if the Big Bang wasn’t the beginning? Our research suggests it may have taken place inside a black hole
Nu am nimic impotriva stiintei,a stiintei care este cu adevarat utila ptr.omenire.Si realitatea este ca acest tip de stiinta a adus multe binecuvantari pentru umanitate(ca sa ma refer doar la aspectele pozitive).Insa,ceea ce voi spune in continuare cu siguranta va fi dezaprobat de foarte multe persoane.De fapt pot spune ca,deocamdata cel putin ,uriasele cheltuieli ptr.studierea spatiului cosmic,si nu numai,sunt bani aruncati in vant,dupa parerea mea. Se stie ca nu exista alte civilizatii extratereste(cu exceptia Lui Dumnezeu,Isus si ingerii).Dar de ce sa nu mai “suga” cercetatorii bani frumosi de la creduli.Sunt atatea probleme pe planeta noastra,de care sa se ocupe capetele luminate.Si cu ce ajuta omenirea uriasele cheltuieli pentru cautarea „Extraterestilor”,a planetelor potential locuibile,etc.Omenirea este in pragul colapsului,iar eventualele planete potential locuibile au nevoie de mii de ani,cel putin,ptr.a putea primi supravietuitori pamantesti;daca vor mai fi supravietuitori si cine sa pregateasca planetele.
Pana cand vom ajunge la o societate gen Star Trek,omenirea se va autodistruge.Vedem cu ochii nostri cum se degradeaza societatea umana,in ciuda dezvoltarii stiintei si tehnologiei.E adevarat ca unele tehnologii dezvoltate in domeniul spatial,sau militar sunt apoi utilizata in domeniul civil.Dar se putea sa fie dezvoltate direct in domenii civile,cu o mai mare utilitate pentru omenire.De ce sa nu rezolvam gravele probleme ale umanitatii(zeci de milioane oameni mor anual datorita foametei ,alte zeci milioane datorita bolilor;ma opresc aici).Se cheltuiesc miliarde de dolari,euro,ptr. armament,pentru alimentarea razboaielor,totul in detrimentul problemelor aratate mai sus.Dupa ce se vor rezolva toate problemele de pe pamant,ca sa nu ne plictisim,ne putem petrece vacantele pe Marte,Pluto,etc.Explorarea spatiului foloseste doar celor implicati in acest domeniu,au si ei o paine alba.Chiar credeti ca cei care lucreaza in domeniu nu stiu ca exista o singura planeta pe care se poate locui?Stiu foarte bine acest lucru.Dar continua sa-si indeplineasca visurile si sa-si hraneasca orgoliul.Omul continua sa distruga pamantul cu inconstienta,si vrea sa se mute pe alte planete,chipurile locuibile,desi nu exista nimic acolo care sa sustina viata.Si unde,la sute si mii de ani lumina.Cati vor putea ajunge acolo,si apoi sa distruga si noua locuinta?.Insa una e sa trimiti nave ,sateliti,rachete in spatiu sa „cauti” un alt pamant,ce succes, ce grozavi suntem noi,cum suntem ridicati in slavi,si alta este sa rezolvi o problema grava a omenirii,alimentatie,sanatate,etc.Astfel de realizari nu aduc notorietate. Pe la inceputul anilor 2000 am citit ce a spus un cercetator american,in domeniul spatial,de la o universitate din California.O echipa de cercetatori urmau sa mearga la Whasington,in Congres,ptr a solicita,nu mai stiu cate miliarde de dolari,in vederea continuarii cercetarilor ptr.a afla cum a aparut Universul.Respectivul a spus in cateva cuvinte ca nu e nevoie de acele miliarde,e suficient sa se citeasca primele capitole din Bibli ptr.adescoperi adevarul.!!!