Kozmolozi pretpostavljaju da su prirodne kvantne fluktuacije omogućile da se Veliki prasak dogodi. Sad imaju i matematički dokaz. Jedna od velikih teorija moderne kozmologije jest da je svemir nastao u Velikom prasku. To nije samo ideja ili pretpostavka već znanstvena teorija potkrijepljena nebrojenim dokazima.
Za početak, pronašli su kozmičku mikrovalnu pozadinu, što je zapravo jeka Velikog praska; nadalje, prisutno je neprekidno širenje svemira, što nam ukazuje na kataklizmički događaj koji je svu tu materiju raspršio u netom nastali prostor; te obilje primordijalnih elemenata, poput helija – 4, helija – 3 i deuterija itd. Svi se ovi dokazi mogu ukalkulirati u teoriju Velikog praska.
Svejedno, svi ti dokazi dovode do jedne velike zagonetke. Što je uzrokovalo Veliki prasak?
Mnogo su se godina kozmolozi oslanjali na ideju da se je svemir spontano formirao, odnosno da je Veliki prasak rezultat kvantnih fluktuacija u kojima je Svemir nastao ni iz čega. To je vjerojatna verzija događaja kad imamo na umu sve što znamo o kvantnoj mehanici. No fizičarima je potrebno više matematičkih dokaza kako bi potvrdili točnost ideje i nastavili razvijati znanstvenu teoriju oko te ideje. Zahvaljujući radu Dongshan Hea i njegovih suradnika na Institutu za fiziku i matematiku Wuhan u Kini, zajedno su predstavili prvi rigorozan dokaz da je Veliki prasak zaista mogao spontano nastati ni iz čega, zahvaljujući kvantnim fluktuacijama.
Novi je dokaz temeljen na posebnom skupu rješenja za matematički entitet poznat kao Wheeler – DeWitt jednadžba. U prvoj polovici 20. stoljeća kozmolozi su se trudili da spoje dvije struje moderne fizike – kvantnu mehaniku i opću teoriju relativnosti – na način na koji će te teorije moći razumno objasniti mehanizme svemira. No, koliko su oni tada mogli shvatiti te su teorije bile u potpunoj suprotnosti.
Veliko znanstveno otkriće se dogodilo 60 – ih godina prošlog stoljeća kad su fizičari John Wheeler i Bryce DeWitt ukombinirali te prethodne nekompatibilne ideje u matematički okvir danas poznat kao Wheeler – DeWitt jednadžba. Nedavni rad Dongshana i kolega daje nam neka nova rješenja ove jednadžbe.
U središtu njihovog razmišljanja je Heisenbergov princip neizvjesnosti. On omogućava malom praznom prostoru da nastane iz ništavila vjerojatnosti vezane uz fluktuacije, u onome što fizičari zovu metastabilni lažni vakuum. Kad se to dogodi postoje 2 mogućnosti. Ako se taj mjehurić zraka ne proširi rapidno, nestaje gotovo istog trenutka. No ako se mjehurić proširi do dovoljne veličine, tada nastaje svemir.
Pitanje je: omogućava li to Wheeler – DeWitt jednadžba?
“Dokazali smo da kad jednom nastane mali mjehurić pravog vakuuma, on ima mogućnost da se eksponencijalno širi,” kaže Dongshan.
Pristup Dongshana i suradnika je u tome da se uzme u obzir sferični mjehurić koji je u potpunosti opisan svojim radijusom. Potom izvedu jednadžbu koja opisuje vrijednost na koju se taj radijus može širiti. Tada se u obzir uzimaju tri scenarija geometrije mjehurića – zatvoren, otvoren ili ravan tip mjehurića. U bilo kojem od tih slučajeva, pronađe se solucija u kojoj se mjehurić može eksponencijalno širiti i prema tome dostići veličinu u kojoj se može oformiti svemir – veličinu u kojoj nastaje Veliki prasak. To je rezultat kojeg bi kozmolozi trebali moći izgraditi. Također ima i interesantnu posljedicu.
Jedan važan faktor u današnjim modelima nastanka svemira zove se kozmička konstanta. Taj pojam opisuje gustoću energije vakuuma u svemiru. Prvotno ga je predstavio Einstein 1917., u svojoj općoj teoriji relativnosti, no napustio ga je nakon Hubbleovog otkrića da se svemir širi.
Sve do 1990 – ih većina je kozmologa smatrala da kozmička konstanta iznosi nulu. Nedavno su otkrili da nije tako, otkrivši dokaz da nešto uzrokuje ubrzavanje širenja svemira, što implicira da kozmička konstanta ne može biti nula. Prema tome, svaka nova teorija o nastanku svemira mora uzeti u obzir i kozmičku konstantu koja nema vrijednost nula.
Što igra ulogu kozmičke konstante u novoj teoriji Dongshana i suradnika?
Zanimljivo, oni kažu da veličina poznata kao kvantni potencijal igra ulogu kozmičke konstante u novim rješenjima. Kvantni potencijal dolazi od ideje nazvane teorija pilot – valova koju je sredinom 20. stoljeća osmislio fizičar David Bohm. Ova teorija reproducira sva konvencionalna predviđanja kvantne mehanike ali uz prihvaćanje dodatnog pojma poznatog kao kvantni potencijal.
Ta teorija ima efekt prema kojem je kvantna mehanika u potpunosti deterministička jer se kvantni potencijal može koristiti kako bi se objasnile stvari poput stvarnog položaja čestica. Međutim, većina fizičara nije nikad uzela u obzir Bohmovu ideju jer su predviđanja po toj teoriji jednaka predviđanjima konvencionalnoj verziji teorije pa ne postoji eksperimentalni način da ih se razdvoji. Međutim, prisiljava fizičare da prihvate vjerojatnije objašnjenje prirode stvarnosti.
Činjenica da je kvantni potencijal nužan dio ovog matematičkog izvođenja porijekla svemira je naprosto fascinantna. Možda je vrijeme da se fizičari ponovo zabave Bohmovim idejama.
Izvor: Medium
