Bildkredit: University of Chicago
Big Bang kan vara en normal händelse i den naturliga utvecklingen av universum som kommer att hända upprepade gånger under otroligt stora tidsskalor när universum expanderar, töms ut och svalnar, enligt två fysiker från University of Chicago.
? Vi vill säga att big bang inte är något speciellt i vårt universums historia ,? sa Sean Carroll, biträdande professor i fysik vid University of Chicago. Carroll och University of Chicago doktorand Jennifer Chen publicerar elektroniskt ett papper som beskriver sina idéer på http://arxiv.org/.
Carroll och Chens forskning tar upp två ambitiösa frågor: varför flyter tiden bara i en riktning, och kunde big bang ha uppstått från en energifluktuation i tomt utrymme som överensstämmer med fysikens kända lagar?
Frågan om tidens pil har väckt fysiker i ett sekel eftersom "till största delen de fysiska grundlagarna inte skiljer mellan förflutna och framtid. De är tidssymmetriska ,? Carroll sa.
Och nära bundet till frågan om tid är begreppet entropi, ett mått på störning i universum. Som fysiker Ludwig Boltzmann visade för ett århundrade sedan ökar entropin naturligt med tiden. ? Du kan förvandla ett ägg till en omelett, men inte en omelett till ett ägg ,? Carroll sa.
Men mysteriet kvarstår varför entropin var låg i universum till en början. Svårigheten med den frågan har länge stört forskare, som ofta helt enkelt lämnar det som ett pussel att besvara i framtiden.
Carroll och Chen har gjort ett försök att svara på det nu.
Tidigare forskare har närmade sig frågor om big bang med antagandet att entropin i universum är begränsad. Carroll och Chen tar motsatt inställning. ? Vi postulerar att universets entropi är oändlig. Det kan alltid öka ,? Chen sa.
För att framgångsrikt förklara varför universumet ser ut som det ser ut idag måste båda metoderna rymma en process som kallas inflation, som är en förlängning av big bang-teorin. Astrofysiker uppfann inflationsteori så att de kunde förklara universum som det ser ut idag. Enligt inflationen genomgick universum en period av massiv expansion på en bråkdel av en sekund efter big bang.
Men det finns ett problem med det scenariot: ett "skelett i garderoben," Carroll sa. För att påbörja inflationen skulle universum omfatta en mikroskopiskt liten lapp i en extremt osannolik konfiguration, inte vad forskarna skulle förvänta sig av ett slumpmässigt vald initialt tillstånd. Carroll och Chen hävdar att ett generiskt initialt tillstånd sannolikt kommer att likna kallt, tomt utrymme - inte en uppenbar gynnsam utgångspunkt för inflationsdebatten.
I ett universum av begränsad entropi har vissa forskare föreslagit att en slumpmässig fluktuation skulle kunna utlösa inflationen. Detta skulle emellertid kräva att molekylerna i universum fluktuerar från ett tillstånd med hög entropi till en av låg entropi - en statistisk longshot.
? Villkoren för inflation är inte så lätta att starta ,? Carroll sa. ? Det finns ett argument för att det är lättare att bara få vårt universum att uppstå från en slumpmässig fluktuation än att inflationen börjar från en slumpmässig fluktuation.?
Carroll och Chens scenario med oändlig entropi inspireras av upptäckten 1998 att universum kommer att expandera för alltid på grund av en mystisk kraft som kallas "mörk energi." Under dessa förhållanden är universums naturliga konfiguration en som är nästan tom. ? I vårt nuvarande universum växer entropin och universum expanderar och blir tomare ,? Carroll sa.
Men även tomt utrymme har svaga spår av energi som fluktuerar i den subatomära skalan. Som tidigare föreslagits av Jaume Garriga från Universitat Autonoma de Barcelona och Alexander Vilenkin från Tufts universitet, kan dessa fluktuationer generera sina egna stora smällar i små områden i universum som är mycket åtskilda i tid och rum. Carroll och Chen utvidgar denna idé på dramatisk sätt, vilket tyder på att inflationen skulle kunna börja omvänt? i vårt avlägsna förflutna av vårt universum, så att tiden kunde tyckas springa bakåt (ur vårt perspektiv) till observatörer långt i vårt förflutna.
Oavsett vilken riktning de kör i, kommer de nya universum som skapas i dessa stora lugg att fortsätta processen med att öka entropin. I denna oändliga cykel når universum aldrig jämvikt. Om det uppnådde jämvikt skulle ingenting hända någonsin. Det skulle inte finnas någon tids pil.
? Det finns inget tillstånd du kan gå till som är maximal entropi. Du kan alltid öka entropin mer genom att skapa ett nytt universum och låta den expandera och svalna ,? Carroll förklarade.
Originalkälla: University of Chicago News Release
