Biblioteka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:   Wirtualny Wszechświat > Biblioteka > Astronomia, Astronautyka > KOSMOLOGIA KWANTOWA  



[1]  [2]  [3] 
Kwantowe stworzenie Wszechświata

Co to znaczy "stworzyć świat z nicości"? Na to pytanie można odpowiedzieć w następujący sposób: stworzenie jest to przejście ze stanu, którego nie ma, do jakiegokolwiek innego stanu Wszechświata. Jeżeli prawdopodobieństwo takiego przejścia jest różne od zera, to Wszechświat może powstać z niczego na mocy praw fizyki kwantowej odpowiednio połączonych z zasadami ogólnej teorii względności.

Wiemy już, jak za pomocą metody Hartle'ego i Hawkinga obliczyć prawdopodobieństwo przejścia Wszechświata ze stanu, powiedzmy, X do stanu Y. Ale w jaki sposób pozbyć się stanu X? Od stanu X do stanu Y prowadzą czasoprzestrzenne tuby, zaczynające się w X, a kończące w Y. Gdyby udało się usunąć stan X i wszystkie tuby od tego końca, w którym powinno być X, gładko zasklepić (tak, by wszystkie od tej strony kończyły się półsferą), to stosując rachunkowy przepis Hartle'ego-Hawkinga, można by obliczyć prawdopodobieństwo przejścia Wszechświata od niczego do stanu Y, czyli prawdopodobieństwo wyłonienia się stanu Y z nicości. Mielibyśmy zatem kwantowy model stwarzania świata z nicości.

Ale czy można tak bezkarnie usunąć stan X i pozasklepiać gładko wszystkie tuby od końca, w którym X powinno się znajdować? Okazuje się, że istotną przeszkodą jest czas. Mamy bowiem do czynienia z tubami czasoprzestrzennymi, a czas - mimo że geometrycznie jest traktowany jako czwarty wymiar - posiada jednak inne własności od pozostałych wymiarów przestrzennych. Matematycznie przejawia się to tym, że współrzędna czasowa ma inny znak niż współrzędne przestrzenne, na przykład gdy współrzędne przestrzenne są dodatnie, współrzędna czasowa - ujemna. To sprawia, że tub czasoprzestrzennych nie da się zasklepić gładko: na ich końcach nie powstaje wygładzona półsfera, lecz raczej ostro zakończony stożek (rys. 3a) lub, mówiąc bardziej naukowym językiem, usunięcie stanu X powoduje pojawienie się osobliwości.

Rys. 3. Transformacja Wicka usuwa osobliwość. Stan wszechświata Y wyłania się z nicości.

I tu znowu doszła do głosu pomysłowość Hartle'ego i Hawkinga. W kwantowej teorii pola fizycy stosują niekiedy rachunkowy trik, polegający na tym, że współrzędną czasową mnoży się przez jednostkę urojoną (czyli przez pierwiastek z minus jeden). Zabieg ten sprawia, że w wielu wzorach (w których współrzędne są podniesione do kwadratu) znika różnica znaku pomiędzy współrzędnymi przestrzennymi i współrzędną czasową. Zabieg ten nazywa się transformacją Wicka. Dzięki niemu można przeprowadzić trudne obliczenia. Aby odczytać końcowy wynik, znowu powraca się do pierwotnej konwencji w zapisie współrzędnych. Hartle i Hawking potraktowali ten prosty trik rachunkowy całkiem serio. Założyli, że w bardzo młodym Wszechświecie transformacja Wicka ma znaczenie fizyczne: znika jakakolwiek różnica pomiędzy przestrzenią i czasem, czasoprzestrzeń staje się zwykłą czterowymiarową przestrzenią. Wówczas tuby można już zasklepić gładko (rys. 3b). Kwantowy model stwarzania funkcjonuje poprawnie.

Jednakże - Hartle i Hawking podkreślają to z naciskiem - takie potraktowanie transformacji Wicka jest dodatkową inwestycją, założeniem nie wynikającym z żadnych fizycznych zasad, uczynionym wyłącznie po to, by model mógł funkcjonować.

A zatem w modelu Hartle'ego-Hawkinga "na początku" nie było czasu, lecz jedynie czterowymiarowa przestrzeń. Wszechświat nie podlegał więc żadnej ewolucji, po prostu BYŁ. Ale nie był to Wszechświat wieczny, czyli istniejący od minus czasowej nieskończoności. Gdy nie ma czasu, pojęcie minus czasowej nieskończoności nie ma żadnego sensu. Mielibyśmy tu raczej do czynienia z bezczasowym stwarzaniem: dla każdego stanu Wszechświata istnieje skończone prawdopodobieństwo wyłonienia się go z nicości na mocy kwantowo-grawitacyjnych praw. Czas w modelu Hartle'ego-Hawkinga pojawia się jako swoiste złamanie symetrii pomiędzy czterema współrzędnymi przestrzennymi. Gdy jedna z nich otrzymuje odmienny znak od pozostałych i staje się czasem, Wszechświat przekracza próg Plancka, rozpoczynając swoją standardową ewolucję.

Nic dziwnego, że znany bestseller Hawkinga nosi tytuł Krótka historia czasu. Początek świata jest bezczasowy, ale czas ma swoją historię.

[1]  [2]  [3] 
[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach