Forskare har utvecklat en modell av ett krympande universum som fanns före Big Bang. Klicka för att förstora
Big Bang beskriver hur universum började som en enda punkt för 13,7 miljarder år sedan och har expanderat sedan dess, men det förklarar inte vad som hände tidigare. Forskare från Penn State University tror att det borde finnas spår av bevis i vårt nuvarande universum som kan användas för att titta tillbaka innan Big Bang. Enligt deras forskning fanns det ett kontraherande universum med liknande rymdgeometri som vårt expanderande universum. Universum kollapsade och "studsade" sedan som Big Bang.
Enligt Einsteins allmänna relativitetsteori representerar Big Bang The Beginning, den storslagna händelsen där inte bara materien utan rymdtiden själv föddes. Medan klassiska teorier inte har några ledtrådar om existens före det ögonblicket, har ett forskarlag vid Penn State använt kvantgravitationsberäkningar för att hitta trådar som leder till en tidigare tid. "Allmän relativitet kan användas för att beskriva universum tillbaka till en punkt där materien blir så tät att dess ekvationer inte håller upp," säger Abhay Ashtekar, innehavare av Eberly familjestol i fysik och chef för Institute for Gravitational Physics och geometri vid Penn State. "Utöver den punkten behövde vi använda kvantverktyg som inte var tillgängliga för Einstein." Genom att kombinera kvantefysik med allmän relativitet kunde Ashtekar och två av hans postdoktorer, Tomasz Pawlowski och Parmpreet Singh, utveckla en modell som spårar genom Big Bang till ett krympande universum som visar fysik liknande vår.
I forskning som rapporterades i det aktuella numret av Physical Review Letters visar teamet att före Big Bang fanns ett kontraherande universum med geometri i rymdtid som annars liknar det i vårt nuvarande expanderande universum. När gravitationskrafter drog detta tidigare universum inåt, nådde det en punkt där kvantegenskaperna i rymdtid får gravitationen att bli avvisande, snarare än attraktiv. "Genom att använda kvantmodifieringar av Einsteins kosmologiska ekvationer har vi visat att i stället för en klassisk Big Bang finns det faktiskt ett kvantbounce," säger Ashtekar. "Vi blev så förvånade över upptäckten att det finns ett annat klassiskt, före Big Bang-universum att vi upprepade simuleringarna med olika parametervärden under flera månader, men vi fann att Big Bounce-scenariot är robust."
Medan den allmänna idén om ett annat universum som fanns före Big Bang har föreslagits tidigare, är detta den första matematiska beskrivningen som systematiskt fastställer dess existens och härleder egenskaperna för rymd-tidsgeometri i det universum.
Forskningsteamet använde loopkvanttyngd, en ledande inställning till problemet med förening av allmän relativitet med kvantfysik, som också var banbrytande vid Penn State Institute of Gravitational Physics and Geometry. I denna teori har rymd-tidsgeometri själv en diskret 'atomisk' struktur och det välkända kontinuumet är bara en approximation. Rymdens väv är vävt bokstavligen av endimensionella kvanttrådar. Nära Big-Bang slits detta tyg våldsamt och geometriens kvantitet blir viktig. Det gör tyngdkraften starkt avvisande och ger upphov till Big Bounce.
"Vårt första arbete förutsätter en homogen modell av vårt universum," säger Ashtekar. ”Det har emellertid gett oss förtroende för de underliggande idéerna om slingkvanttyngd. Vi kommer att fortsätta att förfina modellen för att bättre beskriva universumet så som vi känner den och för att bättre förstå funktionerna i kvanttyngd. ”
Forskningen sponsrades av National Science Foundation, Alexander von Humboldt Foundation och Penn State Eberly College of Science.
Originalkälla: PSU News Release
