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 > POCZĄTEK JEST WSZĘDZIE  



[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6] 
Wszechświaty Lindego i Smolina

Jeszcze niedawno pytanie postawione na końcu poprzedniego podrozdziału uznano by za absurdalne. Panowało przekonanie, że osobliwość początkowa (matematyczny odpowiednik Wielkiego Wybuchu) wyznacza kres fizycznych dociekań. Ale wszelkie granice stawiane ludzkiemu poznaniu prędzej czy później są przekraczane, nawet gdy jest to wbrew regułom uznanej metodologii. I dobrze, że tak się dzieje. Zasady metodologii również ewoluują. Powołaniem nauki jest nigdy nie poddawać się w walce o coraz większe zdobycze poznawcze. Zwłaszcza, że tym razem na możliwość wyjścia poza granicę Wielkiego Wybuchu wskazywały wyniki badań fizycznych.

Wśród fizyków teoretyków panuje dziś przekonanie, że podstawowe oddziaływania fizyczne: grawitacyjne, jądrowe słabe i silne oraz elektromagnetyczne, są efektem złamania symetrii pierwotnego oddziaływania, które panowało niepodzielnie w Wielkim Wybuchu. Kolejne łamania pierwotnej prasymetrii miały charakter przejść fazowych, podobnych na przykład do przechodzenia cieczy w stan stały lub gazowy. Tym razem jednak przejścia fazowe dotyczyły samej przestrzeni lub "próżni", która w miarę gwałtownego spadania temperatury rozpadała się na poszczególne "fazy" (oddziaływania), co równocześnie określało masy cząstek fundamentalnych związanych z tymi fazami. Sam proces przejścia fazowego odbywa się zgodnie z danymi a priori prawami fizyki, ale efekty tego procesu zależą również od pewnych przypadkowych okoliczności; podobnie jak wzory lodu na szybie zależą od czysto przypadkowych czynników, chociaż proces zamarzania podlega ścisłym prawom fizyki. Rodzi się zatem pytanie, czy to, że mamy dziś akurat takie a nie inne cztery oddziaływania fizyczne (a więc ostatecznie taką a nie inną fizykę), nie jest wynikiem jakichś zupełnie przypadkowych okoliczności, które zaistniały we wczesnym Wszechświecie? I czy gdyby te okoliczności były tylko trochę inne, mielibyśmy dziś zupełnie inną fizykę?

Ale jak można stwierdzić, które własności Wszechświata są przypadkowe, a które podstawowe, skoro Wszechświat jest nam dany w jednym egzemplarzu i nie mamy go z czym porównać? Pozostaje eksperymentowanie myślowe: może istnieją inne wszechświaty, w których ta sama pierwotna prasymetria zostaje łamana w nieco inny sposób, prowadząc do całkowicie odmiennej fizyki i zupełnie różnej od naszej kosmicznej historii?

Z początkiem lat osiemdziesiątych narodziła się, i wkrótce stała się modna, idea inflacyjnej kosmologii. Pomysłodawcą był Alan H. Guth, ale koncepcja została dość szybko przyjęta i rozwinięta przez innych badaczy. Według inflacyjnego scenariusza, gdy Wszechświat był bardzo młody, mniej więcej 10-35 sekundy po Wielkim Wybuchu, jego ekspansja doznała gwałtownego przyspieszenia, na skutek czego Wszechświat zwiększył swe rozmiary 1030 razy (lub znacznie więcej według późniejszych, poprawionych scenariuszy). To właśnie nazywa się fazą inflacji (rozdęcia). Powodem owego rozdęcia miałaby być energia zawarta w próżni, zanim ta ostatnia uległa przejściu fazowemu, które dało początek obecnym silnym oddziaływaniom jądrowym. Równania Einsteina na taki proces zezwalają i jest niewątpliwą zasługą Gutha, że zwrócił na to uwagę. Proces inflacji kończy się, gdy próżnia przechodzi w normalniejszy stan (normalniejszy z naszego dzisiejszego punktu widzenia); wydzielają się wówczas ogromne ilości ciepła. Niewykluczone, że świadectwem tego procesu jest mikrofalowe promieniowanie tła o temperaturze 2,7 K, wypełniające obecnie całą przestrzeń kosmiczną.

Pomysł inflacyjnego Wszechświata pozostaje nadal wysoce spekulatywny. Dla wielu kosmologów jest to jednak koncepcja atrakcyjna (choć ma ona także zdecydowanych przeciwników), głównie z tego względu, że rozwiązuje kilka trudności modelu standardowego. Trudności owe wiążą się z tym, że nasz Wszechświat jest wysoce "zsynchronizowany": gęstość zawartej w nim materii pozostaje bardzo zbliżona do tzw. gęstości krytycznej (charakterystycznej dla modelu przestrzenie płaskiego), dzięki czemu jego ekspansja następuje niemal w dokładnie takim tempie, jakie jest niezbędne do tego, by mogły powstać galaktyki i ich gromady; odległe obszary Wszechświata mają wiele identycznych cech, chociaż - gdyby nie inflacja - nigdy w przeszłości nie zaistniałaby między nimi przyczynowa zależność. Model inflacyjny przezwycięża te trudności za jednym zamachem: "zsynchronizowanie" Wszechświata jest następstwem jego niesłychanego rozdęcia; kiedyś, przed rozdęciem, cały obserwowany dziś Wszechświat zajmował maleńką objętość, wewnątrz której wszystko łączyły przyczynowe więzi (obszerniej na ten temat będzie mowa w rozdziale 11; tam też zostanie zaproponowane inne rozwiązanie wspomnianych trudności).

Dyskusję na ten temat jako jeden z pierwszych podjął rosyjski kosmolog Andriej Linde. Swoją propozycję nazwał chaotyczną inflacją. Zgodnie z jego pomysłem inflacja wcale nie musiała być czymś jednorazowym. Każdą osobliwość powstałą w wyniku kolapsu odpowiednio masywnego obiektu możemy traktować jako "mały Wielki Wybuch", dający początek nowemu wszechświatowi. Inflacja zachodząca w tym wszechświecie dziecku może go rozdąć do wielkich rozmiarów. Przejścia fazowe nowej próżni w każdym nowym wszechświecie - na skutek przypadkowych czynników, od których takie przejścia fazowe zawsze zależą - prowadzą do innych oddziaływań fundamentalnych i, co za tym idzie, do innych scenariuszy kosmologicznych. Zbiór wszystkich wszechświatów jest wieczny, choć poszczególne wszechświaty mogą trwać przez ograniczony czas. Nasz Wszechświat też powstał w wyniku oderwania się od wszechświata matki. Pączkujące w ten sposób wszechświaty są bardzo różne: jedne żyją krótko, prawie natychmiast zapadając się do końcowej osobliwości, inne istnieją dziesiątki miliardów lat lub jeszcze dłużej; tempo ekspansji jednych jest małe, innych wielkie; jedne mają charakter jednorodny, inne są bogate w struktury. Nasz Wszechświat ma tak "dobrane" parametry, by na jednej z jego planet mogło powstać życie, ponieważ w innych wszechświatach, w których panują niesprzyjające po temu warunki, nie zaistnielibyśmy i nie moglibyśmy takich wszechświatów poddawać badaniu (jest to przykład rozumowania antropicznego).

Pomysł Lindego rozwinął Lee Smolin. Wiodącym jest ciągle pytanie, dlaczego nasz Wszechświat jest taki, jaki jest; w szczególności, dlaczego jest on taki, że mogliśmy w nim powstać i ewoluować. Ewolucją biologiczną rządzi prawo doboru naturalnego. Czy jakiegoś podobnego prawa nie da się zastosować do procesu rodzenia się nowych wszechświatów? Zdaniem Smolina jest to możliwe, ale trzeba w tym celu przyjąć nowe założenie. Należy mianowicie założyć, że prawa fizyki w każdym nowo narodzonym wszechświecie dziecku nieznacznie różnią się od praw fizyki obowiązujących we wszechświecie matce (podobnie, warunkiem ewolucji biologicznej jest zachodzenie małych zmian w zestawie genów potomstwa w porównaniu z zestawem genów rodziców). Mechanizm ten zapewni, że po wielu pokoleniach w zbiorze wszystkich wszechświatów będą dominować te wszechświaty, które wydają najwięcej potomstwa, czyli te, które tworzą najwięcej czarnych dziur, mogących stać się zaczątkami nowych wszechświatów. Smolin stara się dowieść, że taki wszechświat musi przypominać nasz Wszechświat. Jesteśmy więc efektem działania nie tylko doboru naturalnego w sensie biologicznym, lecz również doboru naturalnego występującego w skali wszystkich wszechświatów.

Chcąc uprawdopodobnić swoją kosmologiczną wizję, Smolin podkreśla, że wynika z niej przynajmniej jedno empiryczne przewidywanie. Otóż nasz Wszechświat musi zawierać wiele czarnych dziur. Gdyby się okazało, że tak nie jest, nie należałby on do wszechświatów, które wydają liczne potomstwo. Nie trzeba podkreślać, że tego rodzaju empiryczne przewidywanie istotnie różni się od empirycznych testów, jakich zwykle wymagamy od teorii fizycznych.

[1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6] 
[  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