PREMA postojećim spoznajama svemir je nastao u Velikom prasku. U prilog tome govore brojni dokazi o širenju svemira u ranoj fazi njegova postojanja.
Međutim, jedna nova kvantno-gravitacijska fizikalna teorija pokazuje kako postoji mogućnost da svemir uopće nije nastao, već da postoji oduvijek.
U uvodu u rad objavljen u bazi arxiv.org autori pišu:
"Opća teorija relativnosti prati evoluciju našeg svemira od singulariteta Velikog praska. Ako želimo istražiti fiziku prije singulariteta, ako stvarno postoji 'prije', moramo se okrenuti kvantnoj gravitaciji. Pristup uzročnog skupa u kvantnoj gravitaciji daje nam uzročnu strukturu u odsutnosti kontinuuma, dopuštajući nam tako da idemo dalje od Velikog praska i razmotrimo kozmologije u kojima vrijeme nema početak. No, je li vrijeme bez početka u suprotnosti s protokom vremena? U pristupu uzročnog skupa protok vremena obuhvaćen je procesom rasta prostor-vremena. U ovom radu opisujemo kako prilagoditi ovaj proces uzročnim skupovima u kojima vrijeme nema početak i raspravljamo o posljedicama po prirodu vremena."
"U stvarnosti je mnogo stvari koje bi većina povezala sa SF-om"
"U stvarnosti ima mnogo stvari koje bi većina ljudi povezala sa znanstvenom fantastikom ili čak fantazijom", rekao je za Live Science voditelj istraživanja Bruno Bento, fizičar koji proučava prirodu vremena na Sveučilištu Liverpool u Velikoj Britaniji.
U svom radu Bento i njegovi suradnici upotrijebili su novu teoriju kvantne gravitacije, nazvanu teorija uzročnog skupa, u kojoj se prostor i vrijeme raščlanjuju na diskretne djeliće prostor-vremena. Prema njoj na određenoj razini postoji temeljna jedinica prostor-vremena, nešto kao atom ili kvant prostor-vremena.
U svojoj studiji tim je došao do zaključka da je barem matematički moguće da svemir nije imao početak, da je oduvijek postojao u beskonačnoj prošlosti te da je tek nedavno evoluirao u ono što nazivamo Velikim praskom.
Ako ovu ideju želimo približiti, potrebno je prvo pokušati razjasniti nekoliko pojmova koje smo u uvodu naveli, primjerice, što je kvantna gravitacija, što je teorija uzročnog seta te što bi bio svemir bez vremena.
Što je kvantna gravitacija?
Kvantna gravitacija je područje fizike koje nastoji razriješiti činjenicu da imamo dvije teorije koje odlično opisuju svemir - teoriju relativnosti i kvantnu fiziku, no da je njih teško povezati u jednu teoriju.
Opća teorija relativnosti odlično funkcionira kada tumači svemir na skali velikih udaljenosti i velikih energija i tijela poput planeta, zvijezda i galaksija.
Kvantna fizika je pak izuzetno uspješna u opisivanju svemira na mikrorazini molekula, atoma i elementarnih čestica. Ove dvije teorije omogućile su uspješno tumačenje tri od četiri fundamentalne sile prirode - slabe i jake nuklearne sile te elektromagnetizma - sve do mikroskopskih skala. Međutim, opća teorija relativnosti, koliko god bila uspješna na velikoj skali, ne funkcionira na mikroskali, osobito u dva fenomena - u Velikom prasku i u crnim rupama u kojima su golema masa i energija koncentrirane u vrlo malom prostoru, odnosno točki. Takve točke u kojima matematika opće teorije relativnosti ne funkcionira nazivaju se singularitetima. To je vjerojatno jedan od razloga zbog kojeg je Albert Einstein smatrao da singularnosti ne mogu postojati u stvarnom svijetu iako postoje u matematici.
Kako bi riješili ovaj problem, znanstvenici trebaju pronaći opise funkcioniranja snažne gravitacije na mikroskopskoj razini. Jedna od prominentnih teorija koja to pokušava učiniti je teorija struna, a druga je poznata kao kvantna gravitacija petlje.
Što je teorija uzročnog skupa?
U današnjim fizikalnim teorijama vrijeme i prostor su kontinuirani. Oni zajedno tvore neprekinutu potku prostorno-vremenskog kontinuuma u kojoj dvije točke u prostoru i u vremenu mogu biti jedna do druge toliko blizu da ne postoji razmak među njima
No, postoji još jedan pristup rješavanju problema funkcioniranja gravitacije u mikrosvijetu, a to je teorija uzročnih skupova. Ona se temelji na ideji da prostor-vrijeme nije kontinuum, već skup diskretnih točaka, "atoma" prostor-vremena, koji se smatraju elementima uzročnog skupa. Prema njoj "atomi prostor-vremena ne mogu prići jedan drugome toliko blizu da se stope; postoji neki minimalan razmak".
Za ilustraciju, ako pogledate sliku na monitoru, činit će vam se glatkom. Međutim, kada je pogledate pod povećalom, vidjet ćete da se sastoji od piksela svjetlosti te da dvije slike ne možete približiti na razdaljinu manju od jednog piksela - ili su udaljene jedan piksel ili se preklapaju.
Priroda vremena
Teorija uzročnog skupa važna je za razumijevanje prirode vremena.
"Velik dio filozofije uzročnog skupa temelji se na tezi da je protok vremena nešto fizičko, da ga ne treba pripisivati nekoj vrsti iluzije ili nečemu što se događa u našem mozgu zbog čega mislimo da vrijeme prolazi; taj prolazak je sam po sebi manifestacija fizičke teorije", rekao je Bento.
"Dakle, u teoriji uzročnog skupa uzročni skup će rasti jedan po jedan 'atom' i postajati sve veći i veći", dodao je.
Pristup uzročnog skupa lijepo rješava problem singularnosti Velikog praska jer, u toj teoriji, singularnosti ni ne mogu postojati. Naime, nemoguće je da se materija sažima do beskonačno sićušnih točaka jer one ne mogu biti manje od veličine "atoma" prostor-vremena.
Kako bi izgledao početak svemira bez singularnosti Velikog praska?
Upravo to su pokušali otkriti Bento i njegov suradnik, Stav Zalel, apsolvent na Imperial Collegeu u Londonu. Naime, oni su istražili što teorija uzročnih skupova može reći o početnim trenucima svemira i mora li svemir uopće imati početak u teoriji uzročnog skupa.
"U izvornoj formulaciji i dinamici uzročnog skupa, klasično govoreći, uzročni skup iz ničega prerasta u svemir koji danas vidimo. Prema našem radu velikog praska kao početka uopće ne bi bilo jer bi se uzročni skup protezao beskonačno u prošlost, pa uvijek postoji nešto prije", dodao je.
Moguć je svemir bez početka vremena
Rad dvojice fizičara implicira da svemir možda nije imao početak - da je jednostavno oduvijek postojao. Ono što doživljavamo kao Veliki prasak možda je bio samo poseban trenutak u evoluciji uvijek postojećeg uzročnog skupa, a ne pravi početak.
Teorija elegantno rješava neke ključne probleme u fizici, međutim, tek će trebati vidjeti može li takav pristup bez početka svemira dopustiti fizičke teorije kojima danas možemo opisati složenu evoluciju svemira u Velikom prasku.
"Još uvijek se može postaviti pitanje može li se ovaj pristup protumačiti na razuman način ili što takva dinamika fizički znači u širem smislu, no pokazali smo da je okvir doista moguć", rekao je Bento.
"Dakle, barem matematički, to je moguće", dodao je.