Hvad skete der før Big Bang?

Big Bang betragtes ofte som starten på det hele: For omkring 13,8 milliarder år siden gik det observerbare univers boom og udvides til at blive.

Men hvordan var tingene før Big Bang?

Kort svar: Vi ved det ikke. Langt svar: Det kunne have været en masse ting, hver tankebøjning på sin egen måde. [Hvor massiv er mælkevejen?]

I begyndelsen

Den første ting at forstå er, hvad Big Bang faktisk var.

"Big Bang er et øjeblik i tiden, ikke et punkt i rummet," sagde Sean Carroll, en teoretisk fysiker ved Californien Institut for Teknologi og forfatter af "The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning and the Universe Itself" (Dutton, 2016).

Det er således muligt, at universet ved Big Bang var småbittet eller uendeligt stort, sagde Carroll, fordi der ikke er nogen måde at se tilbage i tiden på de ting, vi ikke engang kan se i dag. Alt, hvad vi virkelig ved, er, at det var meget, meget tæt, og at det meget hurtigt blev mindre tæt.

Som et resultat er der virkelig ikke noget uden for universet, fordi universet per definition er alt. Så ved Big Bang var alt tættere og varmere end det er nu, men der var ikke mere en "udenfor" af det, end der er i dag. Så fristende som det er at tage et gudlignende syn og forestille dig, at du kunne stå i et tomrum og se på det gennembrudte babyunivers lige før Big Bang, det ville være umuligt, sagde Carroll. Universet ekspanderede ikke ud i rummet; selve rummet udvidet.

"Uanset hvor du er i universet, hvis du sporer dig selv tilbage 14 milliarder år, kommer du til dette punkt, hvor det var ekstremt varmt, tæt og hurtigt ekspanderende," sagde han.

Ingen ved nøjagtigt, hvad der skete i universet, før 1 sekund efter Big Bang, da universet afkøles nok til, at protoner og neutroner kunne kollidere og klæbe sammen. Mange forskere mener, at universet gennemgik en proces med eksponentiel ekspansion, kaldet inflation i løbet af det første sekund. Dette ville have udglattet stoffet i rumtid og kunne forklare, hvorfor materien er så jævnt fordelt i universet i dag.

Før smellet

Det er muligt, at før Big Bang var universet en uendelig strækning af et ultrahott, tæt materiale, der var vedvarende i en stabil tilstand, indtil Big Bang forekom af en eller anden grund. Dette ekstra tæt univers kan have været styret af kvantemekanik, fysikken i den ekstremt lille skala, sagde Carroll. Big Bang ville da have repræsenteret det øjeblik, som klassisk fysik overtog som den største drivkraft for universets udvikling. [Hvad er kvantemekanik?]

For Stephen Hawking var dette øjeblik alt, hvad der gjaldt: Før Big Bang, sagde han, er begivenheder umulige og dermed udefinerede. Hawking kalder dette forslaget uden grænser: Tid og rum, sagde han, er begrænsede, men de har ingen grænser eller start- eller slutpunkter, på samme måde som planeten Jorden er endelig, men har ingen kant.

"Da begivenheder før Big Bang ikke har nogen observationsmæssige konsekvenser, kan man lige så godt skære dem ud af teorien og sige, at tiden begyndte ved Big Bang," sagde han i et interview på National Geographic-showet "StarTalk" i 2018.

Eller måske var der noget andet før Big Bang, der er værd at overveje. En idé er, at Big Bang ikke er tidens begyndelse, men snarere at det var et øjeblik af symmetri. I denne idé, før Big Bang, var der et andet univers, identisk med dette, men med entropi voksende mod fortiden i stedet for mod fremtiden.

At forøge entropi eller øge forstyrrelse i et system er i det væsentlige pilens tid, sagde Carroll, så i dette spejlunivers ville tiden løbe modsat af tiden i det moderne univers, og vores univers ville være i fortiden. Tilhængere af denne teori antyder også, at andre egenskaber ved universet vil blive vippet i dette spejlunivers. F.eks. Skrev fysiker David Sloan i University of Oxford Science Blog, asymmetrier i molekyler og ioner (kaldet chiraliteter) ville være i modsatte retning, hvad de er i vores univers.

En beslægtet teori hævder, at Big Bang ikke var begyndelsen på alt, men snarere et øjeblik i tid, hvor universet skiftede fra en periode med sammentrækning til en periode med ekspansion. Denne "Big Bounce" -begivenhed antyder, at der kan være uendelige Big Bangs, når universet udvides, kontraherer og udvides igen. Problemet med disse ideer, sagde Carroll, er, at der ikke er nogen forklaring på, hvorfor eller hvordan et ekspanderende univers ville trække sig sammen og vende tilbage til en lav entropistilstand.

Carroll og hans kollega Jennifer Chen har deres egen Big Bang-vision. I 2004 foreslog fysikerne, at måske universet, som vi kender det, er afkomet til et forældreunivers, hvorfra en smule rumtid er brudt af.

Det er som en radioaktiv kerne, der forfalder, sagde Carroll: Når en kerne nedbrydes, spytter den en alfa- eller beta-partikel. Forældreuniverset kunne gøre det samme, bortset fra i stedet for partikler, det spytter ud babyunivers, måske uendeligt. "Det er bare en kvantesvingning, der lader det ske," sagde Carroll. Disse babyunivers er "bogstaveligt talt parallelle universer," sagde Carroll og interagerer ikke med eller påvirker hinanden.

Hvis det hele lyder temmelig trippy, er det - fordi forskere endnu ikke har en måde at kigge tilbage til endda øjebliket af Big Bang, meget mindre hvad der kom før det. Der er dog plads til at udforske, sagde Carroll. Påvisningen af ​​gravitationsbølger fra kraftige galaktiske kollisioner i 2015 åbner muligheden for, at disse bølger kunne bruges til at løse grundlæggende mysterier om universernes udvidelse i det første afgørende sekund.

Teoretiske fysikere har også arbejde at gøre, sagde Carroll ligesom at fremsætte mere præcise forudsigelser om, hvordan kvantekræfter som kvantetyngdekraft måske fungerer.

"Vi ved ikke engang, hvad vi leder efter," sagde Carroll, "indtil vi har en teori."

• Hvorfor roterer jorden?
• Hvordan fik Mælkevejen sit navn?
• Sorte huller er fantastiske. Hvorfor er deres navne normalt så kedelige?

Oprindeligt offentliggjort den .