Teoria Wieczności: Wielkiego Wybuchu nie było!

Wszechświat mógł istnieć od zawsze – wynika z nowego modelu, który powstał z zastosowaniem kwantowych poprawek uzupełniających einsteinowską ogólną teorię względności. Model może także wyjaśniać tajemnicę czarnej energii i materii – donosi serwis phys.org .

Od dawna jestem intuicyjnym krytykiem dzisiejszego ogólnie przyjętego modelu rozszerzającego się Wszechświata, w którym znajdują się dziwaczne zjawiska, jak mega-gigantyczne kwazary oddalające się od nas z olbrzymią prędkością, czarna materia, której nikt nie wykrył i która nie daje żadnych śladów w akceleratorach, a jest „potrzebna” do wyjaśnienia zbyt szybkiego tempa obrotu galaktyk, no i Wielki Wybuch, który skazuje całą fizykę na borykanie się z „fizyczną” przestrzenią niewyjaśnialnej osobliwości.
Intuicyjnym, gdyż nie jestem zawodowym fizykiem – mam zaledwie politechniczny kurs fizyki teoretycznej, trochę lektur, trochę rozmów z fizykami.


Moja intuicja wskazuje jednak, że coś z obecnym modelem jest nie tak, że to wszystko zbyt narosłe, zbyt nabrzmiałe, zbyt magiczne – że (zgodnie z brzytwą Ockhama) to wszystko powinno być prostsze, a więc elegantsze (eleganciejsze?), a przede wszystkim, że Teoria Wielkiego Wybuchu powinna dawać się jakoś sfalsyfikować – a że się nie daje, czyni z niej raczej przekonanie (lub religię), niż naukę.

Rozmawiałem na ten temat z wieloma fizykami teoretycznymi i eksperymentalnymi (które publikowałem na antenie radia RDC – można posłuchać w archiwach) i każdy z nich w końcu przyznaje, że nie wie – że taki jest w tej chwili stan wiedzy, taki model wszechświata i nic na to poradzić się nie da. Szczególnie nie daje się sfalsyfikować Wielkiego Wybuchu – bo nawet nie wiadomo jak.

Dlatego z takim zainteresowaniem polemicznym lgnę do wszystkiego, co daje jakiś inny pogląd na sprawę, choćby to były teorie na pierwszy rzut oka fantastyczne – jak na przykład teoria elektrycznego wszechświata, w którym fizyka plazmy oraz elektro-magnetyzm a nie grawitacja miałyby odgrywać zasadniczą rolę – gdyż daje to jakiś oddech w zakorkowanej Wielkim Wybuchem ślepej uliczce Wszechświata. Bo Wielki Wybuch to ściana osobliwości, czyli nic-nie-wiedzenia – depresyjna jakaś takaś.

Z wypiekami na twarzy czytam więc ostatnie doniesienia phys.org:

Powszechnie akceptowany model Wszechświata, według szacunków ogólnej teorii względności, zakłada jego wiek na 13,8 miliardów lat. Na jego początku znajduje się jeden nieskończenie gęsty punkt – zwany osobliwością – w którym miało się skupić wszystko, co teraz widzimy na niebie. Znany Wszechświat pojawił się na moment po „Wielkim Wybuchu” i od tego czasu rozwija się w to, czym jest.

Osobliwość Wielkiego Wybuchu wynika bezpośrednio i nieuchronnie z matematyki ogólnej teorii względności. Jednak niektórzy naukowcy widzą w nim zjawisko problematyczne, ponieważ matematyka potrafi wyjaśniać tylko to, co stało się zaraz po WW – ale już nie wie, co było w owym osobliwym punkcie.

„Osobliwość Wielkiego Wybuchu jest najpoważniejszym problemem ogólnej teorii względności, ponieważ prawa fizyki wydają się znikać we wnętrzu osobliwości” – mówią Ali Ahmed Farag z Benha University oraz Zewail City z Instytutu Nauki i Technologii w Egipcie.
Ali Ahmed Farag wraz ze współautorem Saurya Das z Uniwersytetu w Lethbridge w Alberta, w Kanadzie w artykule opublikowanym w Physics Letters B wykazują, że osobliwość Wielkiego Wybuchu można rozwiązać w ich nowym modelu, w którym wszechświat nie ma początku ani końca.

Stare pomysły na nowo

Fizycy podkreślają, że ich „kwantowe warunki korekcyjne” nie zostały zastosowane ad hoc tylko po to, by wyeliminować osobliwość Wielkiego Wybuchu. Stało się to niejako przy okazji. Ich praca opiera się na ideach zaproponowanych przez fizyka teoretycznego Davida Bohma, znanego także ze swojego wkładu do rozwoju filozofii fizyki. Począwszy od 1950 roku Bohm rozpoczął badanie ogólnej teorii względności zastępując klasyczne linie geodezyjne (krzywe w przestrzeni wyznaczająca najkrótszą drogę między dwoma punktami w tej przestrzeni) trajektoriami kwantowymi.

W swoim badaniu Ali i Das zastosowali te trajektorie Bohma do równania opracowanego w 1950 roku przez fizyka Amala Kumara Raychaudhuri z Uniwersytetu w Kalkucie.
Za pomocą skorygowanego kwantowo równania Raychaudhuri, Ali i Das wyprowadzili kwantowo skorygowane równania Friedmanna, które opisują rozwój i ewolucję wszechświata (w tym Wielki Wybuch) w kontekście ogólnej teorii względności. Mimo, że nie jest to jeszcze pełna teoria kwantowej grawitacji, model zawiera elementy zarówno w teorii kwantowej i ogólnej teorii względności. Jednakże Ali i Das spodziewają się, że ich wyniki utrzymają się nawet wtedy, gdy pełna teoria kwantowej grawitacji zostanie sformułowana.
(W skrócie mówiąc, nie ma jeszcze kwantowej teorii grawitacji, gdyż grawitacja jest na razie – według ogólnej teorii względności – zjawiskiem geometrycznym, czyli zakrzywieniem czasoprzestrzeni wokół masy. Nie wykryto ciągle grawitonu – który mógłby być elementem pola grawitacyjnego).

Bez osobliwości i bez ciemnych zjawisk

Oprócz tego, że z nowego modelu nie wynika osobliwość Wielkiego Wybuchu, nowy model nie przewiduje także „wielkiego zapadania się” materii do osobliwości. Według ogólnej teorii względności jedynym możliwym losem Wszechświata jest powtórne zapadnięcie się w nieskończenie gęsty punkt – i zamknięcie cyklu istnienia.

Ali i Das wyjaśniają w swoim artykule, że ich model pozwala uniknąć osobliwości z powodu kluczowej różnicy pomiędzy klasycznymi liniami geodezyjnymi i trajektoriami kwantowymi zaproponowanymi przez Bohma. Klasyczne linie geodezyjne ostatecznie krzyżują się ze sobą, a punkt, w którym to następuje jest właśnie osobliwością. Natomiast trajektorie bohmiańskie nigdy nie krzyżują się ze sobą, więc w równaniach nie pojawiają się osobliwości.

W kategoriach kosmologicznych, jak wyjaśniają naukowcy, poprawki kwantowe mogą być traktowane jako stała kosmologiczna – bez potrzeby wprowadzania pojęcia ciemnej energii – oraz cecha promieniowania. Owe cechy pozwalają utrzymać Wszechświat w skończonej wielkości, a tym samym dać mu nieskończony wiek. Nowy model daje przewidywania, które ściśle zgadzają się z bieżącymi obserwacjami stałej kosmologicznej i gęstości wszechświata.

Nowa cząstka grawitacyjna

Mówiąc językiem fizyki, nowy model opisuje Wszechświat jako wypełniony „płynem kwantowym”. Naukowcy sugerują, że ów płyn może się składać z grawitonów – hipotetycznych cząstek będących nośnikami siły ciężkości. Uważa się, że grawitony – jeśli istnieją – odgrywają kluczową rolę w teorii kwantowej grawitacji.

W artykule powiązanym z tekstem tu omawianym, Saurya Das i Rajat Bhaduri z McMaster University w Kanadzie, dają dalsze uzasadnienie Teorii Wieczności. Pokazują w nim, że grawitony mogą tworzyć kondensat Bosego-Einsteina (nazwa pochodzi od Einsteina i innego indyjskiego fizyka, Satyendranath Bose) w temperaturach, które zawsze były obecne we Wszechświecie.

Wiadomość o tym, że istnieje możliwość wyjaśnienia Wszechświata bez konieczności istnienia osobliwości Wielkiego Wybuchu oraz zjawisk takich jak ciemna materia i ciemna energia, zelektryzowała świat naukowy, a fizycy chcą teraz bardziej rygorystycznie przeanalizować model Wieczości.

Rafał Batlejewski
Studium Publiczne