No Beginning
© Shutterstock
U početku bijaše... pa, možda i nije bilo početka. Možda je naš Svemir oduvijek postojao. A nova teorija kvantne gravitacije otkriva kako bi to moglo funkcionirati. "Stvarnost ima toliko stvari koje bi većina ljudi povezala sa znanstvenom fantastikom ili čak fantazijom", rekao je Bruno Bento, fizičar koji proučava prirodu vremena na Sveučilištu Liverpool u Velikoj Britaniji, piše Science Alert.

U svom je radu upotrijebio novu teoriju kvantne gravitacije, nazvanu teorija kauzalnih skupova, u kojoj se prostor i vrijeme raščlanjuju na diskretne komade prostora i vremena. Na određenoj razini, prema ovoj teoriji, postoji temeljna jedinica prostora-vremena.

Bento i njegovi suradnici koristili su ovaj uzročno-posljedični pristup za istraživanje početka svemira. Otkrili su kako je moguće da svemir nije imao početak i da je oduvijek postojao u beskonačnoj prošlosti, a tek nedavno evoluirao u ono što nazivamo Velikim praskom.

Kvant gravitacije

Kvantna gravitacija možda je najfrustrirajući problem s kojim se suočava moderna fizika. Imamo dvije izvanredno učinkovite teorije svemira: kvantnu fiziku i opću relativnost.

Kvantna fizika uspješno je opisala tri od četiri temeljne sile prirode (elektromagnetizam, slabu silu i jaku silu) sve do mikroskopskih razmjera. Opća je relativnost, s druge strane, najmoćniji i najpotpuniji opis gravitacije koji je ikada osmišljen.

No, unatoč svim svojim prednostima, opća je relativnost nepotpuna. Na najmanje dva specifična mjesta u svemiru matematika opće relativnosti jednostavno se pokvari i ne daje pouzdane rezultate: u središtima crnih rupa i na početku svemira.

Ta se područja nazivaju "singulariteti", to su mjesta u prostor-vremenu u kojima se ruše naši sadašnji zakoni fizike, i oni su matematički znakovi upozorenja da se teorija opće relativnosti spotiče sama o sebe. Unutar oba singulariteta, gravitacija postaje nevjerojatno jaka na vrlo malim mjerama duljine.

Kako bi riješili tajne singularnosti, fizičari trebaju mikroskopski opis jake gravitacije, koji se naziva i kvantna teorija gravitacije. Postoji puno kandidata, uključujući teoriju struna i kvantnu gravitaciju petlje.

Postoji još jedan pristup koji potpuno mijenja naše razumijevanje prostora i vremena.

Kauzalna teorija skupova

U svim sadašnjim teorijama fizike, prostor i vrijeme su kontinuirani. Oni tvore glatku tkaninu koja je u osnovi cijele stvarnosti. U takvom kontinuiranom prostor-vremenu dvije točke mogu biti što bliže jedna drugoj u prostoru, a dva se događaja mogu pojaviti što je moguće bliže u vremenu.

No, drugi pristup, nazvan kauzalna teorija skupova, ponovno zamišlja prostor-vrijeme kao niz diskretnih dijelova ili "atoma" prostor-vremena. Ova teorija postavlja stroga ograničenja na to koliko bliski događaji mogu biti u prostoru i vremenu, budući da ne mogu biti bliže od veličine "atoma".

Primjerice, ako gledate u zaslon dok čitate ovaj tekst, sve se čini glatko i kontinuirano. No, ako biste na isti zaslon gledali kroz povećalo, mogli biste vidjeti piksele koji dijele prostor, i otkrili biste da je nemoguće približiti dvije slike na zaslonu na manju udaljenost od jednog piksela.

Ova je teorija fizike uzbudila Benta. "Bio sam oduševljen pronalaskom ove teorije, koja ne samo da pokušava ići što je moguće temeljnije - s obzirom da je pristup kvantnoj gravitaciji i zapravo preispituje pojam samog prostora-vremena - već i daje središnju ulogu vremenu i onome što fizički znači da vrijeme prolazi, koliko je zaista vaša prošlost fizička i postoji li već budućnost ili ne", rekao je Bento za Live Science.

Space-time atoms
© oxygen/Getty Images
Prostor-vrijeme se sastoji od diskretnih dijelova ili "atoma" prostora-vremena , sličnih pikselima računalne slike.
Početak vremena

Kauzalna teorija skupova ima važne implikacije na prirodu vremena. "Veliki dio kauzalne filozofije uzročno skupova je da je protok vremena nešto fizičko, da ga ne treba pripisivati nekoj pojavnoj vrsti iluzije ili nečemu što se događa u našem mozgu zbog čega mislimo da vrijeme prolazi; samo po sebi, to prolaženje je manifestacija fizičke teorije", rekao je Bento.

"Dakle, u kauzalnoj teoriji skupova, uzročni skup će rasti jedan po jedan 'atom' i postajati sve veći i veći", dodao je.

Kauzalni pristup skupovima uredno uklanja problem singularnosti Velikog praska jer, u teoriji, singularnosti ne mogu postojati. Nemoguće je da se materija sažme do beskonačno malih točaka, one ne mogu biti manje od veličine atoma prostor-vremena.

Dakle, bez singularnosti Velikog praska, kako izgleda početak našeg Svemira? Tu su Bento i njegov suradnik, Stav Zalel, apsolvent na Imperial Collegeu u Londonu, počeli istraživati što kauzalna teorija skupova može reći o prvim trenucima svemira.

Veliki prasak nije pravi početak?

Njihov znanstveni rad je objavljen 24. rujna u bazi podataka predprinta arXiv. (Rad još treba biti objavljen u recenziranom znanstvenom časopisu.) Rad je ispitivao "mora li postojati početak u pristupu kauzalnih skupova", rekao je Bento.

"U izvornoj formulaciji i dinamici kauzalnog skupa, klasično govoreći, kauzalni skup iz ničega prerasta u Svemir koji danas vidimo. Umjesto toga, u našem radu ne postoji Velikog praska kao ni početka, jer bi uzročni skup bio beskonačan u prošlost, pa uvijek postoji nešto prije."

Dakle, njihov rad implicira da Svemir možda nije imao početak i da je jednostavno oduvijek postojao. Ono što doživljavamo kao Veliki prasak možda je bio samo poseban trenutak u evoluciji ovog uvijek postojećeg uzročno-posljedičnog skupa, a ne pravi početak.

Ipak, predstoji još puno posla. Još uvijek nije jasno može li ovaj pristup bez početka dopustiti fizičke teorije s kojima možemo raditi kako bismo opisali složenu evoluciju svemira tijekom Velikog praska, piše Science Alert.

"Još uvijek se može postaviti pitanje može li se ovaj [pristupno-uzročni pristup] protumačiti na "razuman" način ili što takva dinamika fizički znači u širem smislu, ali pokazali smo da je okvir doista moguć", rekao je Bento. "Dakle, barem matematički, to se može učiniti."

Drugim riječima, to je ... početak.