Vad hände innan Big Bang? Det konventionella svaret på den frågan är vanligtvis, "Det finns inget sådant som" före Big Bang. "" Det är händelsen som startade allt. Men det rätta svaret, säger fysiker Sean Carroll, är: "Vi vet bara inte." Carroll, liksom många andra fysiker och kosmologer har börjat överväga möjligheten till tid före Big Bang, liksom alternativa teorier om hur vårt universum blev. Carroll diskuterade denna typ av "spekulativ forskning" under ett föredrag vid American Astronomical Society Meeting förra veckan i St. Louis, Missouri.
"Detta är en intressant tid att vara kosmolog," sade Carroll. ”Vi är både välsignade och förbannade. Det är en guldålder, men problemet är att den modell vi har av universum har ingen mening. "
Först finns det ett inventeringsproblem, där 95% av universumet inte redovisas. Kosmologer har till synes löst det problemet genom att sammanföra mörk materia och mörk energi. Men eftersom vi har "skapat" materia som passar uppgifterna betyder det inte att vi förstår universums natur.
En annan stor överraskning om vårt universum kommer från faktiska data från rymdskeppet WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), som har studerat den kosmiska mikrovågsugnbakgrunden (CMB), ”ekot” från Big Bang.
"WMAP-stillbilden av hur det tidiga universumet såg ut visar att det är hett, tätt och smidigt [låg entropi] över ett brett område av rymden," sa Carroll. ”Vi förstår inte varför det är fallet. Det är en ännu större överraskning än inventeringsproblemet. Vårt universum ser bara inte naturligt ut. " Carroll sa att tillstånd med låg entropi är sällsynta, plus alla möjliga initiala förhållanden som kunde ha utvecklats till ett universum som vårt, den överväldigande majoriteten har mycket högre entropi, inte lägre.
Men det enskilt mest överraskande fenomenet om universum, sa Carroll, är att saker och ting förändras. Och allt händer i en konsekvent riktning från förflutna till framtiden, i hela universum.
"Det kallas tidens pil", sa Carroll. Denna tidspil kommer från termodynamikens andra lag, som åberopar entropi. Lagen säger att stängda system alltid övergår från ordning till störning över tiden. Denna lag är grundläggande för fysik och astronomi.
En av de stora frågorna om universums initiala förhållanden är varför började entropin så låg? "Och låg entropi nära Big Bang ansvarar för allt som rör tidens pil", sa Carroll. "Liv och död, minne, tidsflödet." Händelser händer i ordning och kan inte vändas.
"Varje gång du bryter ett ägg eller spelar ett glas vatten gör du observations kosmologi," sa Carroll.
Därför kan vi behöva överväga vad som hände innan Big Bang för att svara på våra frågor om universum och tidens pil.
Carroll insisterade på att det här är viktiga frågor att tänka på. "Det här är inte bara rekreationsteologi," sade han. ”Vi vill ha en historia om universum som är vettigt. När vi har saker som verkar överraskande letar vi efter en underliggande mekanism som gör det som var ett pussel förståeligt. Universumet med låg entropi är en ledtråd till något och vi borde arbeta för att hitta det. ”
Just nu har vi ingen bra modell för universum, och aktuella teorier svarar inte på frågorna. Klassisk generell relativitet förutspår universum började med en singularitet, men det kan inte bevisa någonting förrän efter Big Bang.
Inflationsteori, som föreslår en period av extremt snabb (exponentiell) expansion av universum under sina första ögonblick, är ingen hjälp, sa Carroll. ”Det försvårar bara entropiproblemet. Inflation kräver en teori om initiala villkor. ”
Det finns andra modeller där ute, men Carroll föreslog och tycktes gynna idén om flerunivers som fortsätter att skapa "baby" -univers. "Vårt observerbara universum kanske inte är hela historien," sade han. "Om vi ingår i en större multivers, finns det inget jämviktstillstånd med maximal entropi och entropi produceras genom skapandet av universum som vårt eget."
Carroll diskuterade också ny forskning som han och ett team av fysiker har gjort och tittat igen på resultat från WMAP. Carroll och hans team säger att uppgifterna visar att universum är "lopsided."
Mätningar från WMAP visar att fluktuationerna i mikrovågsbakgrunden är cirka 10% starkare på ena sidan av himlen än på den andra.
En förklaring till detta ”tunga-på-en-sida-universum” skulle vara om dessa fluktuationer representerade en struktur kvar från universum som producerade vårt universum.
Carroll sa att allt detta skulle hjälpa till med en bättre förståelse av kvanttyngd. ”Kvantfluktuationer kan ge nya universum. Om termisk fluktuation i ett lugnt utrymme kan leda till babyunivers, skulle de ha sin egen entropi och kan fortsätta skapa universum. ”
Beviljat, och Carroll betonade denna punkt - all forskning om dessa ämnen anses i allmänhet som spekulation vid denna tidpunkt. "Inget av detta är fast etablerade grejer," sade han. ”Jag skulle satsa till och med pengar på att det här är fel. Men förhoppningsvis kommer jag att kunna komma tillbaka om tio år och berätta att vi har tänkt på allt. "
Visst som författare gör det verkligen inte rättvisa att försöka inkapsla Carrolls samtal och idéer i en kort artikel. Kolla in Carrolls tag på dessa idéer och mer på hans blogg, Cosmic Variance. Läs också en bra sammanfattning av Carrolls samtal, skriven av Chris Lintott för BBC. Jag har funderat över Carrolls samtal i mer än en vecka nu och funderat över tidens början - och till och med att det kan vara tid innan tiden - har gjort en intressant och fängslande vecka. Huruvida den tiden har lett mig framåt eller bakåt i min förståelse återstår att se!
