Czy Pierwotny Wszechświat był przed nami ?

               

technologie.Nauka.

Niedługo,bo w 2022 roku obchodzić będziemy setną rocznicę narodzin idei rozszerzającego się wszechświata, autorstwa rosyjskiego matematyka i fizyka Aleksandra Friedmana,a 5 lat później taki sam jubileusz rozwinięcia tej idei przez księdza-belgijskiego astronoma, Georgesa Lemaître ,w postaci hipotezy Wielkiego Wybuchu pra-atomu,jako początku ekspansji przestrzeni wszechswiata i ewolucji jego materialych składników, oraz struktur.

Ekspansja wszechświata jest testowalna w trzech przypadkach: 1) redschift dla galaktyk proporcjonalny do odległości od Ziemi, 2)mikrofalowe promieniowanie tła i jego własności, oraz 3) przyspieszenie jej tempa.

W teorii Big Bangu , centralne miejsce zajmuje hipoteza inflacji kosmologicznej przedstawiona w 1981 roku przez Alana Gutha,według której w przedziale [10^(−36) -10^(-32)] s. czasu istnienia od BB, zwiększyły się liniowe rozmiary Wszechświata o czynnik rzędu 10^26, a jego objętość o czynnik rzędu 10^78.

Hipoteza inflacji kosmologicznej prognozuje wiele zjawisk i obiektów pojawiających się w czasie ewolucji wszechświata,w tym np.:

-problem płaskości,

-problem horyzontu – nadzwyczajna jednorodność w dużych skalach,

-problem monopoli magnetycznych,

jednak żadna prognoza nie przeszła pozytywnego testu doświadczalno-obserwacyjnego.

Co więcej, hipoteza inflacji do tej pory nie jest falsyfikowalna( żaden fakt jej nie zaprzecza ), stąd pojawiło się kilkadziesiąt jej odmian,również nie falsyfikowalnych i dlatego od kilku lat mamy do czynienia z prawdziwym "wysypem" wielkich hipotez powstania i ewolucji wszechświata nie tylko z ominięciem inflacyjnej fazy,lecz nawet z odrzuceniem hipotezy Wielkiego Wybuchu (nieliczne)..

Prgnostyczność i testowalność tych hipotez,albo nie istnieje, albo jest problematyczna ( np.projekty testów technicznie niewykonalnych ).Liczna klasa hipotez zajmuje się tym, co było przed Wielkim Wybuchem i do nich należą hipotezy Wielkiego Odbicia.

 Według nich, nasz rozszerzający się na zewnątrz wszechświat, powstał z wcześniejszego,pierwotnego,w akcie lustrzanego odbicia jego kurczenia się (kontrakcji),a Wielki Wybuch był częścią Wielkiego Odbicia ( Big Bounce ).

 Zaryzykuję twierdzenie, że od przełomu 2015-2016 mamy wreszcie do czynienia z hipotezą Wielkiego Odbicia (bez inflacji kosmologicznej),oraz z testowalną prognozą dowodu doświadczalno-obserwacyjnego tej hipotezy.

Autorami jej są głównie Chińczycy ze słynnego "Hong-Kong University of Science and Technology", oraz grupa Amerykanów z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Aby czytelnik zrozumiał moje zaiteresowanie tym modelem kosmologicznym i moją decyzję opublikowania ogólnej informacji o nim,powinien przyswoić sobie dobre rozumienie trzech podstawowych pojęć:

--nieosobliwe odbicie kwantowe

-masowe skalarne pola kwantowe

-pierwotne,standardowe,kwantowe zegary.

Bardziej systematyczną wiedzę na temat testowalnego modelu kosmologicznego, osiągnie czytelnik studiując literaturę w podanej przeze mnie kolejności[1-5].Pozycje 1,2 zainteresowały kilkanaście osób na świecie i zostały zapomniane,pozycje 3-4 miały podobny rezonans w swiecie zawodowców, dopiero pozycja 5,finalna , będąca zwieńczeniem nowego spojrzenia na kosmologię kwantową, zainteresowała setki astrofizyków,a nawet dziennikarzy popularyzujących problematykę naukową.

Trzy podstawowe pojęcia, na których jest osadzona nowa kosmologia kwantowa odrzucająca hipotezę Wielkiego Wybuchu, oraz inflacji kosmologicznej nie są ujęte w wikipedii,wobec tego przedstawię moje ich rozumienie, do jakiego doszedłem po dwóch latach analizy wszystkich dostępnych mi prac, mimo że nie wiem  do końca  czy   to rozumienie jest poprawne.

A.Nieosobliwe odbicie kwantowe.

Kontrakcja(kolaps) pierwotnego wszechświata musi doprowadzać przestrzeń do wielkości zwanej długością Plancka , w naturalnym systemie jednostek w przybliżeniu 1,6x 10E(-35)m.Obiekty i procesy w tej skali bada i opisuje mechanika kwantowa.

A.Ashtekar i M.Bojewald pokazali [1,2],że mimo ogromnej krzywizny w tym obszarze(przejscia kolapsu w ekspansję ), czasoprzestrzeń nie musi mieć osobliwości,jest wszędzie gładka,zachowuje symetrie równania stanu, a linie świata czasowe w fazie kolapsu , przemieniają się w linie rozbiegające się w fazie ekspansji (pod działniem potwornej wielkiej krzywizny/grawitacji odpychającej/ujemnej ).Wielkie Odbicie, jest więc kwantowym ,nieosobliwym odbiciem.

B.Masowe skalarne pola kwantowe

Skalarne pole klasyczne, jest funkcją określoną w punktach przestrzeni euklidesowej, której wartościami są liczby rzeczywiste/ zespolone.Natomiast wartości pól kwantowych są operatorami lub wektorami (tensorami) złożonymi z operatorów. Masowe pole(massive field) kwantowe skalarne ,to pole którego nośnikami (bozonami) są cząstki o bardzo dużych masach ("ciężkie").Wszechświat pierwotny,był strukturą masywnych,skalarnych pól kwantowych[3].

C.Pierwotne,standardowe,kwantowe zegary

Są to cząstki masywnego pola kwantowego, które oscylują z pewną regularną częstotliwością charakterystyczną dla fal materii zwiazanych z  nimi (czyli- funkcji "psi").Wobec tego ,że w QFT , cząstki mogą być zastąpione polami niosącymi takie same parametry jak ich odpowiedniki,to druga, równoważna definicja brzmi: masywne pola kwantowe są pierwotnymi,standardowymi kwantowymi zegarami.

Fluktuacje tych „pierwotnych standardowych zegarów” mogły spowodowac niewielkie nieregularności w gęstości materii (w małych skalach), które po kwantowym Wielkim Odbiciu stały się ziarnami struktur w kosmicznych skalach naszego wszechświata, po jego rozszerzeniu/ekspansji.

 „Gdyby znaleziono w obecnej czasoprzestrzeni wzory sygnałów kwantowych zegarów reprezentujących kurczący się wszechświat, zafałszowałby to całą teorię inflacyjną i potwierdziło istnienie w przeszłości poprzedzajacego Pierwotnego Wszechświata”, twierdzi Xianyu [4].

Przygotowywane są projekty poszukiwań z wykorzystaniem aktualnych badań nieba.Na przykład, takie jak Sloan Digital Sky Survey lub nadchodzący Dark Energy Survey, Wide Field Infrared Surescope (WFIRST) lub Large Synoptic Survey Telescope (LSST) -  poinformował Loeb.

Może się więc rozstrzygnąć,czy istniał pierwotny wszechświat przed Wielkim Wybuchem,oraz czy ewolucja naszego wszechświataprzebiega ła tak jak wymyslił Model Standardowy. 

Literatura

[1]A.Ashtekar,T.Pawłowski,P.Singh,Quantum nature of the Big Bang,Physical Review Letters, 96 ,141 301,2006

[2]M.Bojowald,What happened before the Big Bang? Nature Physics, 3,2007

[3] Xingang Chen , Mohammad Hossein Namjoo , Yi Wang,Quantum Primordial Standard Clocks, arXiv: 1509.03930v2 [astro-ph.CO] 22.01.2016

[4] Xingang Chen, Wan Zhen Chua, Yuxun Guo, Yi Wang, Zhong-Zhi Xianyu, Tianyou Xie, “Quantum Standard Clocks in the Primordial Trispectrum,” JCAP 1805 049 [arXiv:1803.04412 [hep-th]],21.05.2018

[5]Xingang Chen, Abraham Loeb, and Zhong-Zhi Xianyu,Unique Fingerprints of Alternatives to Inflation in the Primordial Power Spectrum,Phys. Rev. Lett. 122, 121301 ,17.02.2019 arXiv:1809.02603v3