Како универзумот можел да настане од ништо?

Кога научниците објаснуваат дека вселената настанала од големата експлозија, едно од прашањата што често се наметнуваат е: а како настанала големата експлозија? Од ништо?

Фото: ЕПА

Ова прашање го поставил еден читател на списанието Конверзејшн, а одговорот се обидел да го даде Аластер Вилсон, професор по филозофија на науката на Универзитетот во Бирмингем.

Статијата е создадена во соработка меѓу списанието Конверзејшн и Би-би-си како дел од серијалот „Големите животни прашања“.

Прашањето на читателот:

Според моето разбирање, ништо не доаѓа од ништо. За да постои нешто, мора да има на располагање материјал или компонента, а за тие да бидат достапни, мора да биде достапно уште нешто. Моето прашање е: од каде дошол материјалот што ја создал големата експлозија и што се случило пред тоа за да се создаде тој материјал?

Питер, 80, Австралија.

Одговорот:

„Последната ѕвезда полека ќе се олади и ќе згасне. Со текот на времето, универзумот повторно ќе стане празен, без светлина, живот или смисла.“ Така предупреди физичарот Брајан Кокс во неодамнешната серија на Би-би-си Универзум. Избледувањето на таа последна ѕвезда ќе биде само почеток на една бескрајно долга, мрачна епоха. Целата материја на крај ќе ја изедат монструозни црни дупки, кои пак ќе испарат во најбледата светлина. Просторот ќе продолжи да се шири засекогаш додека дури и таа слаба светлина не стане премногу развлечена за каква било интеракција. Активностите ќе престанат.

Или можеби не? За чудо, некои космолози веруваат дека некој претходен студен, темен, празен универзум како оној што лежи во нашата далечна иднина може да бил изворот на нашата сопствена голема експлозија.

Првата материја

Но пред да дојдеме до тоа, ајде да погледнеме како прво настанала „материјалната“, односно физичката материја. Ако сакаме да го објасниме потеклото на стабилната материја составена од атоми или молекули, тоа сигурно го немало во големата експлозија - дури ни стотици илјади години подоцна. Ние всушност имаме мошне прецизно познавање како првите атоми настанале од поедноставни честички откако условите доволно се оладиле за сложената материја да биде стабилна и како овие атоми подоцна се споиле во потешки елементи во рамките на ѕвездите. Но ова разбирање не го решава прашањето дали нештото произлегло од ништо.

Затоа треба со мислите да отидеме уште поназад. Првите долговечни честички на материјата од кој било вид биле протоните и неутроните, кои заедно го формираат атомското јадро. Тие се формирале во првиот десетилјадити дел од секундата по големата експлозија. Пред тој момент, навистина немало материја во вообичаената смисла на зборот. Сепак, физиката ни овозможува да продолжиме да ја следиме временската линија наназад - до физичките процеси што ѝ претходеле на која било стабилна материја.

Тоа нѐ води до таканаречената „голема обединета епоха“. Сега веќе навлегуваме длабоко во сферата на шпекулативната физика, бидејќи во нашите експерименти не можеме да произведеме доволно енергија за да ги испитаме процесите што се случиле во тоа време. Но реално е да се претпостави дека физичкиот свет во тоа време бил составен од микс од краткотрајни елементарни честички - вклучувајќи кваркови, градежните блокови на протоните и неутроните. Имало и материја и „антиматерија“ во приближно еднакви количества: секој тип честичка на материја, како што е кваркот, имал „огледална слика“ во некоја честичка на антиматерија, која е речиси идентична на самата себе и се разликува само во еден аспект. Меѓутоа, материјата и антиматеријата се уништуваат во блесок на енергија кога ќе се сретнат, што значи дека овие честички постојано се создавале и се уништувале.

Но како воопшто настанале овие честички? Квантната теорија на поле ни кажува дека дури и вакуумот, кој наводно одговара на празното време-простор, е полн со физичка активност во форма на енергетски флуктуации. Овие флуктуации може да доведат до искокнување, односно формирање честички, кои набргу потоа исчезнуваат. Ова можеби звучи како математичка замисла, а не како вистинска физика, но такви честички се забележани во безброј експерименти.

Просторно-временската вакуумска состојба врие од честички, кои постојано се создаваат и уништуваат, навидум „од ништо“. Но можеби сето ова во суштина ни кажува дека квантниот вакуум (и покрај името) е нешто, а не ништо. Филозофот Дејвид Алберт незаборавно ги критикуваше извештаите за големата експлозија што велат дека е можно во неа да се добива нешто од ништо.

Да претпоставиме дека го поставуваме прашањето: од каде настанало самото време-простор? Во тој случај, можеме да продолжиме да го вртиме часовникот уште поназад, во навистина древната Планкова епоха - период толку рано во историјата на универзумот што ни нашите најдобри теории за физиката не функционираат во него. Оваа епоха се случила во само десетмилионитиот дел од милијардинка од милијардинка од милијардинка од секундата по големата експлозија. Во тој момент, самиот простор и време станале подложни на квантни флуктуации. Физичарите обично работат одделно со квантната механика, која владее со микросветот на честичките, и со општата релативност, која се применува во големи, вселенски размери. Но за вистински да ја разбереме Планковата епоха, потребна ни е комплетна теорија за квантната гравитација, која ги спојува овие две теории.

Ние сè уште немаме совршена теорија за квантната гравитација, но има некои обиди таа да се формулира - како теоријата на струни и квантната гравитација на јамки. Во овие обиди, обичниот простор и време обично се гледаат како нешто што искрснува, како бранови на површината на длабок океан. Она што го доживуваме како простор и време е производ на квантни процеси што функционираат на подлабоко, микроскопско ниво - процеси што за нас како суштества вкоренети во макроскопскиот свет немаат многу смисла.

Во Планковата епоха нашето вообичаено разбирање за просторот и времето се распаѓа, така што повеќе не можеме да се потпреме на нашето вообичаено разбирање на причината и последицата. Сепак, сите теории - кандидати за квантната гравитација опишуваат нешто физичко што се случувало во Планковата епоха – некој квантен предок на обичниот простор и време. Но од каде дошло тоа?

Дури и ако во Планковата епоха каузалноста повеќе не се применува на вообичаениот начин, сепак би било можно една компонента на тогашниот универзум да се објасни во однос на друга. За жал, засега ниту најдобрата физика со која располагаме никако не успева да даде одговори. Сè додека не оствариме поголем напредок кон „теоријата на сè“, нема да можеме да дадеме дефинитивен одговор. Најмногу што можеме со сигурност да кажеме во оваа фаза е дека физиката досега не нашла потврден пример дека нешто настанува од ништо.

Циклуси од речиси ништо

За вистински да одговориме на прашањето како може нешто да настане од ништо, би требало да ја објасниме квантната состојба на целиот универзум во почетокот на Планковата епоха. Сите обиди да се направи тоа засега остануваат многу шпекулативни. Некои од нив се повикуваат на натприродни сили како креатор. Но другите потенцијални објаснувања остануваат во доменот на физиката - како што е мултиверзумот, кој содржи бесконечен број паралелни универзуми, или цикличните модели на универзум, кој одново и одново се раѓа.

Роџер Пенроуз, физичар, добитник на Нобеловата награда за 2020 година, предложи еден интригантен, но контроверзен модел за циклусна вселена наречен „конформална циклусна космологија“. Пенроуз бил инспириран од интересната математичка врска помеѓу состојбата на многу жежок, густ, мал универзум - каков што бил во големата експлозија - и состојбата на екстремно студен, празен, проширен универзум - каков што ќе биде во далечната иднина. Неговата радикална теорија што ја објаснува оваа кореспонденција е дека овие состојби стануваат математички идентични кога ќе се доведат до нивните крајни граници. Иако се чини парадоксално, целосното отсуство на материја можеби успеало да ја произведе целата материја што ја гледаме околу нас во нашиот универзум.

Во таа перспектива, големата експлозија настанува речиси од ништо. Тоа е она што преостанало кога целата материја во вселената паднала во црни дупки, кои потоа испариле во фотони - загубени во празнината. Така, целата вселена настанува од нешто што е - гледано од друга физичка перспектива - најблиску што може да се стигне до воопшто ништо. Но тоа ништо сепак е некој вид нешто. Тоа сè уште е физички универзум, без разлика колку е празен.

Како може истата состојба да биде ладен, празен универзум од една перспектива и врел густ универзум од друга? Одговорот лежи во сложениот математички процес наречен „конформално рескалирање“, што е геометриска трансформација што ја менува големината на објектот, но неговата форма ја остава непроменета.

Пенроуз покажа дека студената празна состојба и врелата густа состојба може да се поврзани со такво рескалирање така што се совпаѓаат во однос на формите на нивното време-простор, иако не во однос на нивните големини. Мора да се признае, тешко е да се сфати како два објекти може да бидат идентични кога имаат различни големини - но Пенроуз тврди дека големината како концепт престанува да има смисла во такви екстремни физички средини.

Во конформалната циклусна космологија, насоката на објаснувањето оди од старо и студено кон младо и врело: врелата густа состојба постои поради студената празна состојба. Но ова „поради“ не е она познатото, причината со текот на времето проследена од нејзината последица. Во овие екстремни состојби, големината не е единственото нешто што престанува да биде релевантно: исто се случува и со времето. Студената празна состојба и врелата густа состојба всушност се наоѓаат на различни временски линии. Студената празна состојба ќе продолжи засекогаш од перспектива на набљудувачот во нејзината сопствена временска геометрија, но врелата густа состојба предизвикана од оваа првата всушност се сместува во посебна, нова сопствена временска линија.

Може да помогне ако сфатиме дека врелата густа состојба на некој непоследичен начин настанала од студената празна состојба. Можеби треба да кажеме дека врелата густа состојба изникнува од, или е втемелена во, или е реализирана од студената, празна состојба. Ова се изразито метафизички идеи, кои се опширно истражувани од филозофите на науката, особено во контекст на квантната гравитација каде што се чини дека се распаѓаат вообичаените причина и последица. На границите на нашето знаење, тешко може да се одвојат физиката и филозофијата.

Има ли експериментален доказ?

Конформалната циклусна космологија нуди некои детални, иако шпекулативни одговори на прашањето од каде дошла нашата голема експлозија. Но дури и ако визијата на Пенроуз се потврди со идниот напредок во космологијата, ќе треба да се каже дека ние сè уште не сме одговориле на едно подлабоко филозофско прашање - прашањето од каде доаѓа самата физичка реалност. Како настанал целиот систем на циклуси? Тогаш конечно завршуваме со простото прашање зошто има нешто, а не ништо - што е едно од најголемите прашања на метафизиката.

Но нашиот фокус овде е на објаснувањата што остануваат во сферата на физиката. Постојат три широки опции за подлабокото прашање за тоа како почнале циклусите. Тоа воопшто не треба да има физичко објаснување. Или може да има циклуси што бескрајно се повторуваат, од кои секој е универзум сам за себе, при што почетната квантна состојба на секој универзум е објаснета со некоја карактеристика на претходниот универзум. Или, пак, може да има еден единствен циклус, и еден единствен повторувачки универзум, а почетокот на тој циклус да е објаснет со некоја карактеристика на неговиот сопствен крај. Последните два пристапи ја избегнуваат потребата од какви било непредизвикани настани - и тоа ги прави особено привлечни. Физиката не би оставила ништо недообјаснето.

Пенроуз замислува серија од бесконечни нови циклуси од причини делумно поврзани со неговата сопствена претпочитана интерпретација на квантната теорија. Во квантната механика, физичкиот систем истовремено постои во суперпозиција кон неколку различни состојби, и само случајно „избира една“, кога го мериме. За Пенроуз, секој циклус вклучува случајни квантни настани што имаат различни исходи - што значи дека секој циклус ќе се разликува од оние пред и по него. Ова е всушност добра вест за експерименталните физичари, бидејќи може да ни овозможи да го погледнеме стариот универзум од кој произлегол нашиов преку бледи траги, или аномалии, во остатоците од зрачењето од големата експлозија снимено од Планковиот сателит.

Пенроуз и неговите соработници веруваат дека можеби веќе ги забележале овие траги, припишувајќи шаблони во Планковите податоци за зрачењето на супермасивните црни дупки во претходниот универзум. Сепак, нивните набљудувања беа оспорени од други физичари и сè уште нема конечен одговор за тоа.

Бесконечните нови циклуси се клучни за визијата на Пенроуз. Но постои природен начин да се трансформира конформалната циклична космологија од повеќециклусна во едноциклусна форма. Тогаш физичката реалност се состои од еден единствен циклус низ големата експлозија до максималната празна состојба во далечната иднина - а потоа пак назад кон истата голема експлозија, која повторно одново го создава истиот универзум.

Оваа последна можност е во согласност со една друга интерпретација на квантната механика, наречена интерпретација на многу светови. Интерпретацијата на многу светови вели дека секогаш кога мериме систем што е во суперпозиција, тоа мерење не избира случајно некоја состојба. Наместо тоа, резултатот од мерењата што го гледаме е само една можност - онаа што се одвива во нашиот сопствен универзум. Сите други резултати од мерењето се случуваат во други универзуми на еден мултиверзум, одвоени од нашиот. Значи, колку и да е мала шансата дека нешто ќе се случи, ако постои шанса што е различна од нула, тогаш тој настан се случува во некој квантен паралелен свет. Постојат луѓе исти како тебе таму во другите светови што добиле на лотарија или биле одвеани од некој лудачки тајфун или спонтано се запалиле или во исто време им се случиле сите три работи.

Некои луѓе веруваат дека таквите паралелни универзуми може да се видат и во космолошките податоци, како еден вид белег предизвикан од судирот на некој друг универзум со нашиов.

Квантната теорија на многу светови ѝ дава нов пресврт на конформалната циклична космологија, иако Пенроуз не се согласува со тоа. Нашата голема експлозија може да биде повторното раѓање на еден единствен квантен мултиверзум, кој содржи бесконечен број различни универзуми од кои сите се појавуваат заедно. Сè што е можно се случува – а потоа се случува повторно и повторно и повторно.

Антички мит

Како од филозоф на науката, визијата на Пенроуз е фасцинантна. Отвора нови можности за објаснување на големата експлозија, вадејќи ги нашите објаснувања надвор од сферата на обичните причина и последица. Затоа, тоа е одличен тест за истражување на различните начини на кои физиката може да го објасни нашиот свет. Заслужува повеќе внимание од филозофите.

За љубителите на митовите, визијата на Пенроуз е прекрасна. Во Пенроузовата претпочитана повеќециклусна форма, таа предвидува бескрајни нови светови родени од пепелта на своите претходници. Во нејзината едноциклусна форма, таа е впечатлив модерен потсетник на античката идеја за уробор, или светската змија. Во нордиската митологија, змијата Јормунгандр е дете на паметниот измамник Локи и џиновската Ангрбода. Јормунгандар го гризе сопствениот опаш, а така создадениот круг ја одржува рамнотежата на светот. Митот за уробор е документиран низ целиот свет – па дури и во антички Египет.

Уроборот на едноцикличниот универзум е навистина величествен. Во својот стомак го содржи нашиот сопствен универзум, како и секој еден од чудните и прекрасни алтернативни можни универзуми што ги дозволува квантната физика - а на точката каде што неговата глава се спојува со опашот, тој е целосно празен, а сепак блика од енергија на температури од сто илјади милиони милијарди трилиони Целзиусови степени. Дури и Локи, менувачот на облици, би бил импресиониран.

Легенда под Главна слика

Фото: ЕПА

(Насловот е на турски со причина, во превод, „писмо или револвер“.)

повеќе

Со фактот што Европа продолжува да плаќа милијарди долари за рускиот гас секој месец, таа и понатаму игра онака како што свири Кремљ, покажувајќи на тој начин дека е заробеник на сопственото задоволство.

повеќе

Грејната сезона заврши во месец април како и секоја година, но последнава беше со многу проблеми кои произлегоа од енергетската криза, од војната во Украина и генерално од светската економска криза.

повеќе