Apa yang berlaku sebelum letupan besar?

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Apakah yang menyebabkan alam semesta timbul? Punca utama mesti istimewa, kata saintis. Tetapi jika kita mengaitkan permulaan segala-galanya kepada Big Bang, persoalan timbul: apa yang berlaku sebelum itu? Penulis menawarkan alasan yang menarik tentang permulaan masa.

Bertanya sains apa yang sebelum masa adalah seperti bertanya "Siapakah anda sebelum anda dilahirkan?"

“Sains membolehkan kita menentukan apa yang berlaku dalam satu trilion saat selepas Letupan Besar.

Tetapi kita tidak akan tahu apa yang menyebabkan Big Bang.

Ia mengecewakan, tetapi beberapa perkara tidak dapat diketahui sama sekali. Dan ini bagus.

Sejujurnya: agak pelik untuk berfikir bahawa sejarah Alam Semesta bermula dengan sejenis hari lahir 13.8 bilion tahun yang lalu. Ini selaras dengan banyak pegangan agama, yang menurutnya kosmos dicipta melalui campur tangan dari atas, walaupun sains tidak mengatakan apa-apa mengenainya.

Apa yang berlaku sebelum waktu bermula?

Jika semua yang berlaku mempunyai hubungan sebab akibat, maka apakah yang menyebabkan kemunculan alam semesta? Untuk menjawab soalan yang sangat sukar tentang Sebab Pertama, mitos agama tentang penciptaan dunia menggunakan apa yang kadang-kadang dipanggil oleh ahli antropologi budaya sebagai "makhluk positif" atau fenomena ghaib. Memandangkan masa mempunyai permulaan pada satu ketika di masa lalu yang jauh, Sebab Pertama mestilah istimewa. Ia mesti sebab tanpa sebab, fenomena yang baru berlaku, dan tiada apa yang mendahuluinya.

Tetapi jika kita mengaitkan permulaan segala-galanya kepada Big Bang, persoalan timbul: apa yang berlaku sebelum itu? Apabila kita berurusan dengan tuhan abadi, ini adalah perkara yang sama sekali berbeza, kerana bagi mereka keabadian bukanlah persoalan. Tuhan wujud di luar masa, dan kita tidak. Bagi kami, tidak ada perkara seperti "sebelum masa." Oleh itu, jika kita bertanya soalan tentang apa yang berlaku sebelum Big Bang, ia akan menjadi agak sia-sia, walaupun kita perlu mencari maknanya. Stephen Hawking pernah menyamakannya dengan soalan "Apakah utara Kutub Utara?" Dan saya suka frasa "Siapakah anda sebelum anda dilahirkan?"

Aurelius Augustine membuat hipotesis bahawa masa dan ruang muncul bersama dengan penciptaan dunia. Baginya, sudah tentu ia adalah ketentuan ilahi. Dan untuk sains?

Dalam sains, untuk memahami bagaimana Alam Semesta berasal, berkembang dan matang, kita kembali ke masa lalu, cuba membina semula apa yang berlaku. Seperti ahli paleontologi, kita mengenal pasti "fosil", iaitu, sisa-sisa bahan dari zaman dahulu, dan kemudian dengan bantuan mereka kita belajar tentang pelbagai fenomena fizikal yang wujud pada masa itu.

Kami dengan yakin menganggap bahawa Alam Semesta telah berkembang selama berbilion tahun, dan proses ini berterusan sekarang. Dalam kes ini, "pengembangan" bermakna jarak antara galaksi semakin meningkat; galaksi bergerak menjauhi satu sama lain pada kelajuan yang bergantung pada apa yang ada di dalam alam semesta dalam zaman yang berbeza, iaitu, perkara yang memenuhi ruang.

Ledakan besar itu bukan letupan

Apabila kita bercakap tentang Big Bang dan pengembangan, kita membayangkan letupan yang memulakan segala-galanya. Itulah sebabnya kami menamakannya sedemikian. Tetapi ini adalah tanggapan yang salah. Galaksi-galaksi bergerak menjauhi satu sama lain, kerana ia benar-benar dipisahkan oleh regangan ruang itu sendiri. Seperti fabrik elastik, angkasa membentang dan membawa galaksi dengannya, kerana arus sungai membawa kayu balak bersamanya. Jadi galaksi tidak boleh dipanggil serpihan yang terbang dari letupan. Tiada letupan pusat. Alam semesta berkembang ke semua arah, dan ia sepenuhnya demokratik. Setiap mata adalah sama penting. Seseorang di galaksi yang jauh melihat penyingkiran galaksi lain seperti yang kita lakukan.

(Nota: Galaksi berdekatan mempunyai sisihan daripada aliran kosmik ini yang dipanggil "gerakan tempatan." Ini disebabkan oleh graviti. Contohnya, Andromeda Nebula sedang menghampiri kita.)

Kembali ke masa lalu

Jika kita memutarkan filem kosmik ke belakang, kita akan melihat betapa jirim semakin dihimpit dalam ruang yang semakin mengecil. Suhu meningkat, tekanan meningkat, dan pereputan bermula. Molekul terurai menjadi atom, atom menjadi nukleus dan elektron, nukleus atom menjadi proton dan neutron, dan kemudian proton dan neutron menjadi quark. Penguraian jujukan jirim ini kepada juzuk paling asas dan asasnya berlaku apabila jam berdetik dalam arah yang bertentangan ke arah letupan.

Sebagai contoh, atom hidrogen mereput kira-kira 400,000 tahun sebelum Letupan Besar, nukleus atom dalam kira-kira satu minit, dan proton dengan neutron dalam seperseratus saat (apabila dilihat secara terbalik, sudah tentu). Bagaimana kita tahu ini? Kami menemui saki-baki sinaran dari masa atom pertama terbentuk (sinaran latar belakang gelombang mikro peninggalan), dan mengetahui bagaimana nukleus pertama atom cahaya muncul ketika alam semesta hanya berumur beberapa minit. Ini adalah fosil kosmik yang menunjukkan kepada kita jalan ke arah yang bertentangan.

Pada masa ini, kita boleh mensimulasikan secara eksperimen keadaan yang wujud apabila alam semesta adalah satu trilion sesaat. Ia mungkin kelihatan kepada kita nilai yang boleh diabaikan, tetapi untuk zarah cahaya foton, ini adalah masa yang lama, membolehkan ia terbang pada jarak yang trilion kali diameter proton. Apabila kita bercakap tentang Alam Semesta awal, kita harus melupakan piawaian manusia dan idea tentang masa.

Sudah tentu, kami ingin mendekati sedekat mungkin dengan saat ketika masanya bersamaan dengan 0. Tetapi pada satu ketika kami terserempak dengan tembok kejahilan dan hanya boleh mengekstrapolasi teori semasa kami dengan harapan ia akan memberi kami sekurang-kurangnya beberapa petunjuk berlaku pada permulaan masa, pada tenaga dan suhu sedemikian yang tidak dapat kita cipta di makmal. Tetapi kita tahu satu perkara yang pasti. Apabila masa menghampiri sifar, teori semasa kita tentang sifat-sifat ruang dan masa, yang merupakan teori umum relativiti Einstein, tidak berfungsi.

Ini adalah bidang mekanik kuantum, di mana jaraknya sangat kecil sehingga kita perlu membayangkan ruang bukan sebagai lembaran berterusan, tetapi sebagai struktur berbutir. Malangnya, kami tidak mempunyai teori kualitatif yang menerangkan butiran ruang seperti itu, kerana tiada undang-undang fizik graviti pada skala kuantum (dikenali sebagai graviti kuantum). Calon, sudah tentu, adalah, sebagai contoh, teori superstring dan graviti kuantum gelung. Tetapi pada masa ini tiada bukti bahawa mereka menggambarkan fenomena fizikal dengan betul.

Kosmologi kuantum tidak menjawab soalan

Namun begitu, sifat ingin tahu seseorang memerlukan sempadan itu didekatkan kepada nilai sifar masa. Apa yang anda boleh katakan? Pada tahun 1980-an, Alexander Vilenkin, Andrei Linde, dan James Hartl dan Stephen Hawking mencadangkan tiga model kosmologi kuantum, di mana alam semesta wujud sebagai atom dan persamaannya serupa dengan yang digunakan dalam mekanik kuantum.

Dalam persamaan ini, alam semesta adalah gelombang kebarangkalian, yang, pada dasarnya, menghubungkan wilayah kuantum abadi dengan yang klasik, di mana ada masa, iaitu, dengan alam semesta yang kita diami, dan yang kini berkembang. Peralihan daripada kuantum kepada klasik secara literal bermaksud kemunculan ruang, yang kita panggil Big Bang. Oleh itu, Big Bang adalah turun naik kuantum tanpa sebab, rawak seperti pereputan radioaktif: dari ketiadaan masa hingga kehadirannya.

Dengan mengandaikan bahawa salah satu daripada model mudah ini adalah betul, adakah ia merupakan penjelasan saintifik tentang Sebab Pertama? Bolehkah kita menyingkirkan keperluan untuk sesuatu sebab sama sekali dengan menggunakan kebarangkalian fizik kuantum?

Malangnya tidak. Sudah tentu, model sedemikian akan menjadi pencapaian intelektual yang mengagumkan. Ia akan menjadi satu langkah besar ke hadapan dalam memahami asal usul segala-galanya. Tetapi ini tidak mencukupi. Sains tidak boleh wujud dalam vakum. Dia memerlukan alat konseptual, konsep seperti ruang, masa, jirim, tenaga. Dia memerlukan pengiraan, dia memerlukan undang-undang pemuliharaan kuantiti seperti tenaga dan momentum. Anda tidak boleh membina bangunan pencakar langit daripada idea, sama seperti anda tidak boleh mencipta model tanpa konsep dan undang-undang. Meminta sains untuk "menjelaskan" Sebab Pertama adalah seperti meminta sains menjelaskan strukturnya sendiri. Ini adalah permintaan untuk menyediakan model saintifik yang tidak menggunakan preseden, tidak ada konsep awal untuk beroperasi. Sains tidak boleh melakukan ini, sama seperti seseorang tidak boleh berfikir tanpa otak.

Teka-teki Punca Punca masih belum dapat diselesaikan. Sebagai jawapan, anda boleh memilih agama dan kepercayaan, dan anda juga boleh menganggap bahawa sains akan memikirkan segala-galanya dari semasa ke semasa. Kita juga boleh, seperti Pyrrho yang skeptis Yunani purba, dengan rendah hati mengakui bahawa terdapat had untuk pengetahuan kita. Kita boleh bergembira dengan apa yang telah kita capai dan terus memahami, sambil menyedari bahawa tidak perlu mengetahui segala-galanya dan memahami segala-galanya. Cukuplah kita terus berminat secara ingin tahu.

Rasa ingin tahu tanpa teka-teki adalah buta, dan teka-teki tanpa rasa ingin tahu adalah cacat.