Vakuumfluktuationer kan orsaka bildning av virtuella proto-universum, som under vissa förhållanden kan flytta från ett virtuellt tillstånd till ett verkligt.
Fysiker har i många år försökt bygga en kvantteori om tyngdkraften - hittills tyvärr utan framgång. Nästan alla är överens om att en sådan teori borde kombinera Einsteins relativistiska teori om gravitation med kvantmekanik, och detta är en mycket, mycket svår uppgift.
Kvantmekanik, med alla dess paradoxer, beskriver ändå egenskaperna hos objekt som finns i icke-krökt Newtonian rymd. Den framtida tyngdteorin bör utvidga de probabilistiska kvantmekaniska lagarna till rymdets egenskaper (mer exakt, rymd-tid), deformerade i enlighet med ekvationerna i den allmänna relativitetsteorin. Hur man gör detta med rigorösa matematiska beräkningar, ingen vet egentligen ännu.
Förkylning
Man kan dock tänka på vägarna till en sådan fackförening på en kvalitativ nivå, och här framträder mycket intressanta utsikter. En av dem ansågs av den berömda kosmologen, professor vid University of Arizona Lawrence Krauss i sin nyligen publicerade bok "A Universe From Nothing" ("Universe from ingenting"). Hans hypotese ser fantastisk ut, men motsäger inte på något sätt fysiska lagar.
Det tros att vårt universum uppstod från ett mycket hett initialt tillstånd med en temperatur i storleksordningen 1032 kelvin. Det är emellertid möjligt att föreställa sig universums kalla födelse från ett rent vakuum - mer exakt från dess kvantfluktuationer. Det är välkänt att sådana fluktuationer ger upphov till många virtuella partiklar som bokstavligen uppstod från ingenting och därefter försvann spårlöst. Enligt Krauss kan vakuumfluktuationer i princip ge upphov till lika efemära proto-universum, som under vissa förhållanden går från ett virtuellt tillstånd till ett verkligt.
Kampanjvideo:
Universum utan energi
Vad behövs för detta? Det första och huvudsakliga villkoret är att embryot i det framtida universum måste ha noll total energi. I det här fallet är det inte bara dömt till nästan omedelbart försvinnande, utan tvärtom kan existera under godtyckligt länge. Detta beror på det faktum att enligt kvantmekanik bör produkten av osäkerheten i ett objekts energi genom osäkerheten under dess livstid inte vara mindre än det slutliga värdet - Plancks konstant.
Separationen av grundläggande interaktioner i vårt tidiga universum var en fasövergång. Vid mycket höga temperaturer kombinerades grundläggande interaktioner, men efter kylning under den kritiska temperaturen inträffade inte separering (detta kan jämföras med superkylning av vatten). I det ögonblicket överskred energin i skalfältet som är förknippat med enandet universumets temperatur, vilket gav fältet negativt tryck och orsakade kosmologisk inflation. Universum började expandera mycket snabbt, och i ögonblicket av symmetri brytning (vid en temperatur av cirka 1028 K) ökade dess dimensioner med 1050 gånger. I detta ögonblick försvann också skalfältet förknippat med föreningen av interaktioner, och dess energi omvandlades till en ytterligare expansion av universum.
Så snart ett objekts energi strängt är lika med noll, är det känt utan några osäkerheter, och därför kan tiden för dess liv vara oändligt lång. Det beror på denna effekt som två laddade kroppar belägna på mycket stora avstånd attraheras eller avvisas från varandra. De interagerar genom utbyte av virtuella fotoner, som på grund av deras nollmassa sprider sig över vilket avstånd som helst. Däremot existerar mätvektorbosoner som har svaga interaktioner på grund av deras stora massa endast i cirka 10-25 sekunder, varför dessa interaktioner har en mycket liten radie.
Vilket slags universum, om än embryoniskt, med noll energi? Som professor Krauss förklarade för Popular Mechanics, finns det inget mystiskt med detta:”Energin i ett sådant universum består av positiv energi från partiklar och strålning (och eventuellt också skalärt vakuumfält) och negativ potentiell tyngdkraft. Deras summa kan vara lika med noll - matematik tillåter detta. Det är emellertid mycket viktigt att en sådan energibalans endast är möjlig i slutna världar, vars utrymme har en positiv krökning. Plana och ännu mer öppna universum har inte en sådan egendom.
Fasövergången inträffade i universumets utveckling tre gånger: vid en temperatur från 10 till 28 grader K (den stora föreningen av interaktioner sönderdelades), 10 till 15 graden K (sönderfall av elektrock-interaktion) och 10 till 12 grader K (kvarkar började förena sig i hasroner).
Underverk av inflation
Vad händer om kvantfluktuationerna i vakuumet ger upphov till ett virtuellt universum med noll energi, som på grund av kvantchanser har fått lite tid för liv och evolution? Det beror på dess sammansättning. Om universumets rymd är fylld med materia och strålning, kommer den först att expandera, nå sin maximala storlek och kollapsa i gravitations kollaps, efter att ha funnits i bara en liten bråkdel av en sekund. Det är en annan fråga om det finns skalfält i rymden som kan utlösa processen med inflationsutvidgning. Det finns scenarier där denna expansion inte bara förhindrar gravitations kollaps av "bubblan" -universet, utan också förvandlar den till en nästan platt och obegränsad värld. Således växer tiden för hennes liv också oändligt - nästan till oändlighet. Således,ett litet virtuellt universum blir ganska verkligt - enormt och långlivat. Även om dess ålder är begränsad, kan det mycket väl överstiga vårt universums nuvarande ålder. Därför kan stjärnor och stjärnkluster, planeter och till och med, vad fan i helvete inte skämt, intelligent liv dyka upp där. Ett fullskaligt universum som uppstod bokstavligen ur ingenting - det är de mirakel som inflationen kan!
Alexey Levin
