Νέα στοιχεία υποδηλώνουν ότι το σύμπαν μας μπορεί να μην είναι το πρώτο

Σε μια νέα μελέτη που αναφέρθηκε στο arXiv, οι ερευνητές ισχυρίζονται ότι βρήκαν στοιχεία για παλαιότερα σύμπαντα που υπήρχαν πριν από το δικό μας. Η μελέτη αναφέρει την προφανή παρατήρηση των «σημείων Χόκινγκ»—ανώμαλα τεράστια σημεία ενέργειας που υπερτίθενται στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων.

Πιστεύεται ότι αυτά τα σημεία Hawking είναι τα ηλεκτρομαγνητικά υπολείμματα υπερμεγέθων μαύρων τρυπών που εξατμίστηκαν σε ένα σύμπαν που υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Το όνομα Hawking point είναι μια αναφορά στον αείμνηστο μεγάλο φυσικό Stephen Hawking, ο οποίος ήταν διάσημος για το έργο του στις μαύρες τρύπες. Ο Χόκινγκ θεώρησε ότι οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν μεγάλες ποσότητες ακτινοβολίας, γνωστή ως ακτινοβολία Χόκινγκ. Είναι αυτή η ακτινοβολία Hawking που εκπέμπεται από τις μαύρες τρύπες που οι ερευνητές πιστεύουν ότι θα μπορούσε να επιβιώσει κατά τη μετάβαση από το ένα σύμπαν στο άλλο. Η ακτινοβολία Hawking από τις μαύρες τρύπες θα μπορούσε, υποστηρίζουν οι ερευνητές, να εκδηλωθεί ως τα παρατηρούμενα σημεία Hawking. Με άλλα λόγια, τα παρατηρούμενα σημεία Hawking θα μπορούσαν να είναι ένα είδος όπλου καπνίσματος—τα υπολείμματα ενός σύμπαντος που υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη.

Συμμορφική Κυκλική Κοσμολογία

Η έννοια του «πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη» μπορεί αρχικά να ακούγεται παράδοξη. Σε τελική ανάλυση, είναι γνωστό ότι ο ίδιος ο χρόνος ξεκίνησε στη Μεγάλη Έκρηξη. Πώς θα μπορούσε να υπάρχει κάτι σε μια χρονική στιγμή πριν την ύπαρξη του ίδιου του χρόνου;

Μια απάντηση σε αυτό το συγκεκριμένο φιλοσοφικό αίνιγμα είναι μια θεωρία γνωστή ως συμμορφική κυκλική κοσμολογία  (CCC). Το CCC που εισήχθη για πρώτη φορά από τον Άγγλο μαθηματικό/φυσικό/φιλόσοφο Sir Roger Penrose το 2005, είναι η άποψη ότι το σύμπαν διέρχεται από κύκλους (αιώνες) διαστολής. το καθένα ξεκινώντας με το δικό του Big Bang και έρχεται σε ένα στάδιο αόριστης (άπειρης) επιταχυνόμενης επέκτασης. Το παρατηρούμενο σύμπαν μας είναι μόνο ένας από αυτούς τους αιώνες, αλλά απείρως περισσότεροι έχουν υπάρξει στο παρελθόν και απείρως περισσότεροι θα υπάρξουν στο μέλλον.

Είναι ενδιαφέρον ότι κάτω από αυτό το θεωρητικό μοντέλο, δεν υπάρχει στάδιο καθολικής συστολής ("Big Crunch"). Δηλαδή, δεν υπάρχει σημείο όπου ολόκληρο το σύμπαν καταρρέει από μόνο του και πάλι σε μια μοναδικότητα. Αντίθετα, τελικά κάθε σύμπαν κατά μία έννοια «ξεχνά» πόσο μεγάλο είναι και γίνεται φυσικά πανομοιότυπο με το Big Bang ενός άλλου σύμπαντος. Με πιο μαθηματικούς όρους, στο σημείο διασταύρωσης μεταξύ ενός σύμπαντος και του επόμενου, η μετρική δομή του χωροχρόνου πολλαπλασιάζεται με έναν σύμμορφο παράγοντα Ω που τείνει προς το μηδέν καθώς ο χρόνος τείνει προς το άπειρο. Το αποτέλεσμα είναι ότι το χωροχρονικό όριο μεταξύ των δύο συμπάντων «συμπιέζεται» σε μια κανονική σύμμορφη υπερεπιφάνεια. Η υπερεπιφάνεια που προκύπτει ερμηνεύεται ως ένα νέο σύμπαν, με μια διαφορετική λύση στις εξισώσεις πεδίου του Αϊνστάιν.

Με άλλα λόγια, αντί να βλέπει το σύμπαν ως κάποιο είδος κοσμικού μπαλονιού που περιοδικά φουσκώνει και συστέλλεται όπως ισχύουν κάποιες θεωρίες της κοσμολογίας, το CCC περιγράφει το σύμπαν περισσότερο σαν μια σειρά από ρωσικές κούκλες που φωλιάζουν που διαστέλλονται απείρως προς τα πάνω, όπου το "πολύ μεγάλο" του προηγούμενου σύμπαντος γίνεται το «πολύ μικρό» για το επόμενο σύμπαν.

Η Μελέτη

Μια συνέπεια του μοντέλου CCC είναι ότι τα φερμιόνια, τα θεμελιώδη σωματίδια που συνθέτουν τη συνηθισμένη καθημερινή βαρυονική ύλη, δεν είναι σε θέση να διασχίσουν το όριο που χωρίζει τον έναν αιώνα από τον επόμενο. Ωστόσο, το μοντέλο προβλέπει ότι τα μποζόνια, ένα άλλο είδος στοιχειώδους σωματιδίου που περιλαμβάνει φωτόνια, γκλουόνια και το μποζόνιο Higgs που ανακαλύφθηκε πρόσφατα, θα είναι σε θέση να διασχίσουν αυτό το όριο σχετικά αλώβητα.

Συγκεκριμένα, το μοντέλο CCC προβλέπει ότι η ακτινοβολία Hawking που διαρρέει από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες μπορεί να διασχίσει το χωροχρονικό όριο μεταξύ των αιώνες και θα μας εμφανιστεί ως κύκλοι ακτινοβολίας επικεντρωμένοι γύρω από ένα μοναδικό εξαιρετικά συγκεντρωμένο σημείο ενέργειας στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μικροκυμάτων, επίσης γνωστή ως B-modes. Η ύπαρξη των τρόπων Β είναι ένα από τα μακροχρόνια μυστήρια της τρέχουσας κοσμολογίας. Έχει διατυπωθεί η θεωρία ότι η ύπαρξη των τρόπων Β οφείλεται σε βαρυτικά κύματα, αλλά ο Penrose και η ομάδα του υποστηρίζουν ότι οι λειτουργίες Β θα μπορούσαν να είναι αποτέλεσμα της απελευθέρωσης ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από υπερμεγέθη μαύρη τρύπα γαλαξιακού πυρήνα σε προηγούμενο αιώνα.

Στην πραγματικότητα, το προβλεπόμενο ενεργειακό προφίλ που θα προέκυπτε από ένα τέτοιο γεγονός βρέθηκε στην πραγματικότητα από την ομάδα BICEP 2 ενώ έφτιαχνε έναν χάρτη της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου μικροκυμάτων. Το μοντέλο CCC προβλέπει το ακριβές ενεργειακό μοτίβο που παρατηρήθηκε από την ομάδα BICEP 2 και ο Penrose λαμβάνει αυτή την επιτυχημένη πρόβλεψη ως επιβεβαίωση της θεωρίας του. Σύμφωνα με τον Penrose, «ήταν αξιοσημείωτο να βρούμε την πραγματική παρουσία του Β2 μεταξύ των ανώμαλων σημείων μας, κάτι που φαίνεται να παρέχει κάποια απροσδόκητη πρόσθετη υποστήριξη για το CCC.

Αν και συναρπαστικά νέα, είναι σαφές ότι τα συμπεράσματα της μελέτης έχουν τους περιορισμούς τους. Είναι αξιοσημείωτο ότι το μοντέλο CCC δεν περιλαμβάνει μια περίοδο ταχείας κοσμικού πληθωρισμού,  Ο κοσμικός πληθωρισμός είναι βασικό μέρος του τρέχοντος Καθιερωμένου Μοντέλου του χωροχρόνου, που θεωρείται απαραίτητο για να εξηγήσει την κατανομή της ύλης και της ενέργειας στο παρατηρούμενο σύμπαν. Δεν είναι ακόμη σαφές πώς ακριβώς η ομάδα μπορεί να εξηγήσει τα παρατηρούμενα στοιχεία για τον κοσμικό πληθωρισμό, αλλά ο Penrose είναι αισιόδοξος. δηλώνοντας «τους ρόλους για τους οποίους ο πληθωρισμός έχει σημασία στη συμβατική κοσμολογία, οι οποίοι αναλαμβάνονται από την εκθετική (αυτοπαρόμοια) επέκταση του προηγούμενου αιώνα».

Επιπλέον, η ομάδα ερμηνεύει τους τρόπους B ως το αποτέλεσμα της ακτινοβολίας Hawking, αν και δεν έχουμε ακόμη βρει καμία άμεση απόδειξη για την ύπαρξη ακτινοβολίας Hawking. Αναμφίβολα το CCC παρουσιάζει μια ενδιαφέρουσα μαθηματικά συνεπή θεωρία για τη φύση του σύμπαντος, αλλά φαίνεται ότι υπάρχουν ακόμη πολλά στοιχεία που πρέπει να συγκεντρωθούν προτού οι ερευνητές μπορέσουν να πουν οτιδήποτε οριστικό.

Εναλλακτικά, ορισμένοι μπορεί να έχουν προβλήματα με το μοντέλο CCC για πιο εννοιολογικούς λόγους, υποστηρίζοντας ότι το να μιλάμε για το τι συνέβη πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη είναι εσφαλμένο. Για ορισμένους επιστήμονες, το Big Bang αντιπροσωπεύει ένα είδος απόλυτου ορίου στην επιστημονική παρατήρηση, πέρα ​​από το οποίο δεν μπορεί να ειπωθεί τίποτα ουσιαστικό. Ενώ τα μαθηματικά μοντέλα του CCC μπορεί να δίνουν μια ενδιαφέρουσα εικόνα, είναι κερδοσκοπικού χαρακτήρα και δεν μπορούν να εξαχθούν πραγματικά συμπεράσματα από αυτά.