Die Art der verrückten art, die Sie erwarten von einer Geschichte über den Ursprung des Universums (Bild: MIT, Computer Science and AI-Labor)
Das Universum begann. Aber was hat es damit beginnen? Was hat es zu beginnen? Wir wissen, es begann mit der Erweiterung Recht schnell und endete mit vielen großen Galaxien aus kleinen Teilchen. Aber was vorher passiert dann? Was waren die Gesetze der Physik, wie wenn es alles begonnen?
Berühmte Physiker James Hartle und Stephen Hawking vorgeschlagen, einige Antworten auf diese Probleme vor einigen Jahrzehnten. Ein neues Papier aus einem anderen team von Physikern analysiert Hawking und Hartle beliebten Auslegung der geometrie der big bang, und lief in einige Probleme. Diese Ergebnisse werfen ein Licht auf ein problem im Universum, Anfang; eine neue Hürde, dass zukünftige Theorien müssen hop über.
“Wir haben versucht, die für die Berechnung konsequenter und erhalten diese andere Lösung,” Job Feldbrugge, eine Person Doktorand am Perimeter Institute, sagte Gizmodo. “Diese Theorie, die wir verwenden, wirft ein neues Licht auf diese bereits vorhandene Idee und zeigt, dass es nicht so funktioniert, wie [wir] erwarten, dass es funktioniert.”
Forscher in der Regel versuchen, zu verstehen, der Beginn des Universums, indem Sie einen Blick auf Einsteins Gesetzen der Schwerkraft, genannt die Allgemeine Relativitätstheorie, und das spielen von Ihnen in umgekehrter. Schließlich sollten Sie an einen Punkt gelangen, vor langer Zeit, in der das Universum war wirklich winzig. Aber Fragen entstehen, was das baby-Universum ausgesehen hat, einschließlich der Frage, ob es war klein genug, zu gehorchen den Gesetzen der Quantenmechanik, die scheint, Regeln die Art und Weise, dass kleinste Teilchen wie Atome und Photonen Verhalten.
Es gibt ein paar Möglichkeiten, unsere gegenwärtige Universum entstanden sein kann. Vielleicht, Hawking und Hartle dachte, es kondensiert Universum nur ein Punkt im Raum mit einem speziellen Quanten-Zustand, eine sogenannte Wellenfunktion beschrieben, dass das ganze mit der Quantenmechanik. Dann mal gestartet. Philosophie und religion erfordern viel mehr Gespräch für diese Aussage, aber Mathematik Art von erfordert nur einen Stift und Papier. Dieser Punkt-size-Universum entstanden, basierend auf der Mathematik der Allgemeinen Relativitätstheorie mit der anfänglichen Wahrscheinlichkeiten der Quantenmechanik eingebaut in Ihre Struktur. Der teeny, zufällige Energie-Schwankungen im Raum würde dann, durch einen schnell wachsenden Prozess namens inflation, die wiederum in die großflächige Dichte Unterschiede, die wir sehen in unserem Universum heute mit Galaxien und Hohlräumen. Hawking und Hartle-Theorie ist eine von mehreren Möglichkeiten zu berücksichtigen, die für den Beginn des Universums ohne eine Singularität, ein Punkt von null Volumen und unendlicher Masse, die nicht machen eine ganze Menge Sinn. Andere Ideen, wie diejenigen, die von der Tufts Kosmologe Alexander Vilenkin, nicht dagegen, diese erste Singularität.
Aber dieses neue Papier, veröffentlichte vor kurzem auf dem Physik arXiv preprint-server, führt zu einem problem. Beim ausführen von Hawking und Hartles’ sowie Vilenkin, Mathematik, das neue team nicht die winzigen quantenfluktuationen erforderlich, die das heutige Universum. Stattdessen werden diese Fluktuationen sind gigantisch, und erstellen Sie ein Universum komplett anders als unsere eigenen.
“Die Berechnung, die wir tun, zu gewalttätigen Gravitationswellen nach dem Urknall”, sagte Feldbrugge—enorme Schwankungen in der Form der Raumzeit. “Es könnte nicht führen zu einem Universum, wie es die heutigen. Die Berechnungen Konflikt mit den Sachen, die wir sehen.”
Hartle war nicht so besorgt über Feldbrugge das team die Ergebnisse. “In der kosmologie… wir haben noch eine sehr kleine Menge von Daten im Vergleich zu dem, was wir hoffen könnten, zu haben,” er sagte Gizmodo. “Also wir tun die beste Arbeit, die wir können, liefert das Stück von der Theorie, die motiviert ist, die von allen unseren Beobachtungen und sehen wie er sich macht.” Er fühlte sich dieses neue Werk ist ein weiterer Versuch, die Kurbel drehen, bietet mehr Informationen und einen anderen mathematischen Weg, der die Forscher nachgehen können. “Die Forscher können entscheiden, ob Sie verfolgen eine dieser [Ideen] eher, als die andere.”
“In der kosmologie… wir haben noch eine sehr kleine Menge von Daten im Vergleich zu dem, was wir hoffen könnten, zu haben.”
Sein team hat auch veröffentlicht eine weitere neuere Papier, zu überprüfen, Ihre eigene Mathematik, und demonstrieren, warum die Dinge immer noch funktionieren.
Noch, Feldbrugge und sein team die Mathematik scheint zu zeigen, dass eine glatte Anfang an das Universum ohne irgendeine Art von Singularität ist “keine option.” Ihre Mathematik scheint direkt Streit Hartle und Hawking.
Verknüpfung von Quantenmechanik und allgemeiner Relativitätstheorie zu erklären, der Beginn des Universums ist weder eine neue Geschichte noch ein problem annähernd gelöst. Es ist eins der wichtigsten Dinge, die theoretischen Physiker versuchen, zu tun, angesichts Ihrer Bedeutung sowohl für das Verständnis des Ursprungs des Universums, wenn beide Sätze von Gesetzen, die angewendet auf die gleiche Skala, und seine Bedeutung in schwarze Löcher, Orte, wo die Schwerkraft so stark ist, dass Licht nicht entweichen kann, seine Anziehungskraft aus.
Aber der wichtigste Punkt ist, dass Feldbrugge glaubt nicht, dass ein Universum, beginnend mit den Gesetzen der Quantenmechanik und Relativitätstheorie allein schaffen würde, die kleine Schwankungen, das Ergebnis in ein Universum wie das unsere, er denkt, es muss etwas anderes sein. “Es ist nicht klar, welche Lösung die ultimative Möglichkeit”, sagte er.
Andere Physiker hatten unterschiedliche Meinungen über die Angelegenheit. Paul Steinhardt, professor für Physik an der Princeton University, sagte Gizmodo, dass es bereits alternative Wege zu gehen, um die Probleme vermeiden, die in dem neuen Papier, sowie einige der anderen Beschwerden, die mit der Hawking-Hartle-Modell. Diese so genannten no-boundary-Modell erfordert einige mathematische workarounds zu erstellen, die ein Universum wie das unsrige.
“Was ist die alternative? Es ist eine nicht-singuläre bounce”, sagte er, ein Modell, das er und Princeton theoretische Kosmologen Anna Ijjas arbeiten, soweit aus einem vergangenen Universum stürzt in sich zusammen und dreht sich dann, um in unser eigenes Universum, all, bevor man sich sorgen über die Auswirkungen der Quantenmechanik.
Ich erreichte auch Sabine Hossenfelder, Malte Research Fellow am Frankfurt Institute for Advanced Studies, die war nicht ganz überzeugt von der neuen Ergebnisse. “Das einzige, was ich daraus schließen, dass wir nicht wissen, wie das Universum begann, bevor das Papier verfasst wurde”, schrieb Sie in einer E-Mail. “Und wir wissen immer noch nicht, wie es begann, nachdem es geschrieben wurde.” Sie sagte, dass Theoretiker nehmen Sie Mathematik sehr ernst, und führen diese Berechnungen für die Zeiten und Räume, die weit über das hinaus, was Teleskope sehen können. Der einzige Weg, um wirklich zu sagen, was Los ist mit Experimenten, sagte Sie.
Heute sind die meisten dieser Theorien kann bewiesen bzw. widerlegt durch die Beobachtung der ältesten Licht um uns zu erreichen, die kosmische Mikrowellen-hintergrund. Die Forscher hoffen, dass Ihre Theorien ” Folgen auftauchen wird als spezifische Signaturen in diese Daten.
Kann Feldbrugge und die Arbeit des Teams getestet werden? Sie sind wirklich nur am Anfang. Und dann gibt es das problem der schwarzen Löcher, die müssen auch gehorchen den Gesetzen der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik gleichzeitig. Figuring them out “ist auf jeden Fall auf unserer to-do-Liste”, sagte er.
Natürlich, all diese Arbeit auf sich nehmen, eine sehr, sehr lange Zeit. Wissenschaftler müssen, um am Ende mit einem Universum, das wirkt wie die unsere, aber, sagte Hartle, “die details liegen in der Luft.”
[arXiv]